在晴朗的天空和高挂的太阳下，普通人眼可以看到几乎整个可见光谱。如果移除直射阳光，反射光只会提供彩虹的一小部分。但尽管黑暗会扭曲我们的参照点，我们仍然可以在阴影中辨别颜色。许多因素会影响我们感知的色调：我们的眼睛、我们的大脑、空气、光线反射的物体、地球的几何形状，甚至我们的视觉记忆。
试图在电脑显示器或打印机上复制这种色彩的广度和敏感度，对于技术人员来说既是噩梦也是梦想。而这正是新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室“大规模数据科学团队”的首席科学家 Roxana Bujack 试图通过计算来解决的问题。Bujack 说，数学是“Photoshop 中发生的一切”的根源。“它们都是矩阵和运算，但你立刻就能看到这些数学运算对眼睛产生的作用。”
这个问题的任何解决方案都将与美术课上的色轮，甚至与当今大多数电脑屏幕和打印机的运作方式大相径庭。数字作品依赖于 RGB（红、绿、蓝）模型，该模型使用显示器的光源来调节这三种颜色的亮度，从而在像素中产生色彩。而打印机背后的 CMY（青、品红、黄）模型则是一种减色模型，它从白色基底中减去颜色；如果你想在卡片纸上打印黄色，打印机会组合 CMY 油墨，通过不同程度地改变较浅的背景来达到所需的颜色。
这些色彩模型最后一次更新是在一个世纪前。量子猫理论的提出者埃尔温·薛定谔（Erwin Schrödinger），以及数学家伯恩哈德·黎曼（Bernhard Riemann）和物理学家赫尔曼·冯·亥姆霍兹（Hermann von Helmholtz），改进了 RGB 模型。他们意识到，比如一种玫瑰红和一种暗淡的绿色之间的距离无法在一条直线上测量，因此他们寻求一个更灵活的模型。他们从熟悉的三维物理空间（即欧几里得几何）的色彩表示，转移到了弯曲的黎曼几何世界。
Bujack 将他们的解释比作航空公司的服务地图。航线不是用直线表示，而是用反映地球曲率的半圆弧来表示。她说：“假设你选择两种颜色，然后选择一条介于两者之间的最短路径——比如说，品红在中间，紫色在右边，粉色在左边。然后测量品红到紫色的路径长度和品红到粉色的路径长度。“这两段路径的总和应该等于从品红到粉色所绘制的整个路径的长度，代表着这两种颜色之间感知的差异。它应该加起来，就像从西雅图经雷克雅未克到阿姆斯特丹的飞行距离一样。”
薛定谔的三维模型已经成为色彩理论的基础一百多年了。科学家和开发人员在努力完善机器屏幕上色彩的数字表示时，都会应用它。它有助于将人眼区分不同色调的方式转化为像素，就像你能够毫无模糊地识别出这段文字是黑色的背景是白色一样。
对 Bujack 来说，这个空间的轮廓很熟悉。她在德国莱比锡大学学习数学，在那里的一门图像处理课程将她引入了该领域的一个子集。在那里，她开始迷恋那些驱动 Photoshop 和耗费处理器资源的视频游戏等各种程序的数学原理。2014 年，她获得了计算机科学博士学位，之后进入了曼哈顿计划的旧址——洛斯阿拉莫斯实验室。
在那里，2011 年，她的团队启动了一个目标不大的项目：开发用于设计色彩地图的算法，从而简化颜料到数字和数据的转换，Bujack 说。使用 Photoshop、Final Cut 和类似程序的插画师将从中受益；同样受益的还有气候科学家、物理学家和天气研究人员，他们用颜色来表示数值数据。
但他们发现了一个不一致之处，颠覆了该领域百年来的认知。“薛定谔的工作非常超前，他意识到我们需要一个弯曲的空间来描述色彩空间，而这个愚蠢的欧几里得空间是行不通的，”Bujack 说。但薛定谔和他的合作者“没有注意到我们需要一个更鲁棒的模型。”
Bujack 和她的团队发现，薛定谔的数学模型之所以行不通，是因为它无法预测两种颜色之间的正确色调。例如，在西雅图和雷克雅未克之间的航线上，你可以计算出你还有多长时间到达目的地。但紫色和红色之间的中点产生的颜色却不是预期的。旧的三维方法过高地估计了我们感知到的相邻色调之间的差异。洛斯阿拉莫斯团队于 2022 年 4 月在《美国国家科学院院刊》上发表了他们的研究结果。“作为一名科学家，我一直梦想着证明一位名人是错的，”Bujack 说。“然而，这种名声甚至超出了我最大的想象。”
但这一发现并没有带来显而易见的解决方案。“目前的模型不准确，”Bujack 说。[“但]这并不意味着我们有现成的模型可以取代它。”因为绘制新空间比薛定谔的计算“要耗费更多精力”，所以数学上的更新“还有很多很多年”。
然而，这一发现的后果可能会更快地出现在我们的计算机上。Nick Spiker 是一位颜色工程师，他正在研究 IDT Maker，这是一个专有的数字重新照明系统。在他发表研究成果后，他咨询了 Bujack。他随后提交了一项专利，用于一种可以帮助视频制作人和摄影师改变其视频和图片中显现的日期的产品。
虽然这还没有带来替代模型，但 Bujack 的洞察将有助于构建更好的东西——例如，“如果你在观看 Netflix 或任何视觉内容，并且你想要准确的颜色，”Spiker 说。他补充说，“现在这将使图像比以往任何时候都更加逼真。”
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