HDR-Beleuchtung (Direct3D 9)

Die Beleuchtung in der realen Welt enthält einen sehr hohen dynamischen Bereich (HDR) von Leuchtdichtewerten. Die reale Welt verfügt über etwa 10 Bestellungen des dynamischen Bereichs (DR) für Leuchtwerte, die über das Spektrum der Helligkeit verteilt sind. Auf der anderen Seite verfügt ein Computerbildschirm über eine sehr eingeschränkte Anzeigebreite (oder einen Bereich von Leuchtdichtewerten): ungefähr zwei Bestellungen mit dynamischem Bereich. Die Herausforderung beim Erstellen von gerenderten HDR-Bildern besteht darin, die tatsächlichen HDR-Werte der eingeschränkten Gamut eines Computerbildschirms zuzuordnen.

Bei der Tonzuordnung handelt es sich um das Verfahren, das von DirectX zum Zuordnen von HDR-Informationen in einen eingeschränkteren Bereich verwendet wird. Die auf das CGI-Rendering angewendete Tonzuordnung kann die Menge der gerenderten Beleuchtungsdetails erheblich verbessern, sodass Details in den dunkelsten Bereichen angezeigt werden können und kontrastreiche Bereiche so hell sind, dass sie verbraucht erscheinen. Die resultierenden Szenen werden mit deutlich sichtbareren Beleuchtungsdetails gerendert.

Das HDRLighting-Beispiel ist ein SDK-Beispiel, das die HDR-Beleuchtung veranschaulicht.

Tonzuordnung

Die Tonzuordnung simuliert im Allgemeinen optische Störungen, die nicht durch die Dr. des Monitors verursacht werden können. Beispiele hierfür sind Flares oder Aufblühen (die größtenteils Eigenschaften von Brillen sind), die blaue Verschiebung, die im menschlichen Auge unter niedrigen Lichtbedingungen auftritt, und andere Anpassungen, die durch die Augenverschiebung entstanden sind. Wenn die NOTFALL-Beeinträchtigung der Anzeige groß genug wäre, wäre die Tonzuordnung nicht erforderlich, mit Ausnahme der Bereitstellung von Effekten oder einigen Eigenschaften eines Kameraobjektivs oder eines kostenpflichtigen gekoppelten Geräts (CHARGE Coupled Device, CCD).

Bei der Tonzuordnung wird der Bereich der Leuchtdichtewerte in einer Szene in eine Gruppe von Zonen unterteilt. Jede Zone umfasst einen Bereich von Leuchtdichtewerten.

HDR verwendet die folgenden Begriffe:

  • Zone: Bereich der Leuchtdichtewerte
  • Mittleres Grau – Mittlerer Helligkeitsbereich der Szene
  • Dynamischer Bereich: Verhältnis der höchsten Szenendichte zur niedrigsten Szenenlichtdichte
  • Schlüssel – subjektive Messung der Szenenbeleuchtung: Dies variiert von hell bis mittel bis dunkel.

Um die Leuchtdichte anhand von RGB-Werten zu berechnen, verwenden Sie Diese:

L = 0.27R + 0.67G + 0.06B;

Die protokolldurchschnittliche Leuchtdichte ist eine nützliche Näherung für den Schlüssel einer Szene. Eine allgemeine Gleichung sieht wie folgt aus:

Lw = exp [ 1/N( sum [ log( delta + Lw( x, y ) ] ) ) ]

Hierbei gilt:

  • Lw – Protokolldurchschnitt der Leuchtdichte
  • N: Anzahl der Pixel im Bild
  • delta : ein kleiner Faktor, um Probleme mit schwarzen Pixeln zu vermeiden
  • Lw( x, y ) – die Leuchtdichte des Weltraums für Pixel ( x, y )

Um dies einem mittleren Grauwert zuzuordnen, sehen Sie hier einen Luminanceskalierungsoperator:

L( x, y ) = a * Lw( x, y ) / Lw

Hierbei gilt:

  • L( x, y ) – skalierte Leuchtdichte für Pixel ( x, y )
  • a : Imageschlüsselwert nach dem Anwenden der Skalierung

Und schließlich ist hier ein einfacher Tonzuordnungsoperator zum Komprimieren der hohen Leuchtdichten:

Ld( x, y ) = L( x, y ) / ( 1 + L( x, y ) )

Hierbei gilt:

  • Ld( x, y ) – komprimierte und skalierte Leuchtdichte für Pixel ( x, y )
  • a : Imageschlüsselwert nach dem Anwenden der Skalierung

Dieser Operator skaliert hohe Leuchtdichten um 1/L und niedrige Leuchtdichten um 1. Weitere Informationen finden Sie im folgenden Dokument.

Soll, Eric, Mike Stark, Peter Msiley und JamesJswerda. "Photonische Tonwiedergabe für digitale Bilder". ACM Transactions on Graphics (TOG), Proceedings of the 29th Annual Conference on Computer Graphics and Interactive Techniques (SIGGRAPH), S. 267-276. New York, NY: ACM Press, 2002.

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