ProsPhotos - Photography Website Directory–Changing LINKS–
Какво ни дава HDR?

Добрил Доков, 30 Август 2006 г.

Използването на HDR датира от 1985 г., когато Грег Уард създава първия файлов формат, способен да съхранява изображения в High Dynamic Range формат. HDR обработката на дигитална фотография опростено може да се представи като усредняване на стойностите за цвета и контраста. Това се прави между стойности, взети от няколко снимки на сцената, към която прилагаме HDR - както значително по-ярки, така и по-тъмни. Крайният резултат е висококонтрастна картина, близка до тази, която човешкото око реално възприема. Конкретно в триизмерното компютърно рендериране HDR представлява нов начин за изчисляване на осветяването, водещ до няколко подобрения в представянето на компютърната 3D графика и изображения.

Основното и вероятно най-често забелязвано предимство на HDR изчисленията е способността за запазване на нивата на контраст в едно изображение, дори при наличието на области с голяма яркост редом до такива с малка или никаква. За изчисляването на изображение без използването на HDR компютърният хардуер е ограничен до стойности от 0,0 за минималната осветеност до 1,0 за максималната. Така, при наличието на сцена, която съдържа едновременно силно осветени и много тъмни области, визуалното представяне е доста ограничено поради близките им параметри, пораждащи слаб контраст на изображението. Чрез използването на HDR е възможно стойностите за яркобял (или друг) цвят да бъдат далеч по-високи. Този факт сам по себе си дава възможност за рендериране на сцени, съдържащи близки или дори граничещи области с огромен контраст.

Друго подобрение, получавано от HDR изчисляването на осветлението, е способността за правилното отразяване на светлината от разнообразни повърхности. При използване на HDR изчисляване е възможно присвояване на по-високи стойности за ярко светещи обекти. Да вземем например една сцена със слънчев плаж. Стойността за слънцето би била ограничена до 1,0 (или 100 %). Тъй като изчисляването на отразената светлина се получава чрез умножаване на отразяваната светлина с коефициента на отражение на предмета (от 0 до 1), то крайният резултат също ще се движи между 0 и 1. При използване на HDR е възможно задаване на значително по-високи стойности за слънцето, което веднага дава в резултат далеч по-реалистичното изобразяване на сцената. При последващо изчисляване на отразяването на светлината му от водата например биха се получили нива на отражение значително по-близки до реалността.

Адекватно представяне

Тъй като компютърните дисплеи не са способни да изобразят адекватно изображението, получено чрез HDR изчисления, е необходимо използването на различни техники, чрез които човешкото око бива “излъгано”. Първият начин е т.нар. light blooming, или светлинен “цъфтеж”. Той представлява създаване на илюзия за окото, че даден обект на екрана е по-ярко осветен, отколкото изглежда. Ако например имаме ярко осветление на заден фон, а на преден план стои даден предмет, в реалността предметът би изглеждал като облян от ярка светлина.

Чрез използване на light blooming е възможно подобна сцена да бъде пресъздадена и на компютърния екран. Това би могло да стане по следния начин. След дублиране на сцената контрастът се засилва чрез увеличаване на стойностите на ярките и съответно на тъмните области. Полученото изображение се филтрира с blur филтър с определена стойност, след което върху него се налага оригиналът. Light blooming-ът представлява добро приближение на реалното изображение, но използването му води до известно “размазване” на сцената като следствие на blur филтъра.

Друг начин за адекватно представяне на HDR образ на компютърен екран е използването на tone mapping. С помощта на различни алгоритми е възможно изобразяването на HDR изчислена картина на медия с ограничени възможности. Някои от по-успешните варианти включват методи, насочени предимно към запазване на стойностите на контраста за сметка на яркостта. Използването на подобни алгоритми позволява адаптиране на HDR изображения с коректно запазване на изключително малки стойности на контраста. Това обаче става възможно с цената на понижаване на общия контраст на сцената като цяло.

High Dynamic Range и DirectX

Преди въвеждането на HDR и SM3.0 в триизмерните сцени се използва т.нар. стандартно осветяване. То се извършва чрез Shader Model 1.0, въведен от DirectX 8.0, но има някои недостатъци, отстранени по-късно от HDR. Основен недостатък е, че осветяемостта е ограничена в 8-битови целочислени стойности, даващи максимална стойност на контраста 256:1. При СМ2.0 се въвежда използването на 24-битови стойности, значително подобряващо реалистичното представяне на контраста. Важна стъпка напред представлява SM3.0, въвеждащ като минимум32-битова стойност, за разлика от SM2.0, където минимумът е 8 бита. С използването на 32 бита са възможни съотношения на контраст от порядъка на 65535:1. Друг недостатък на SM1.0 е, че за изчисляването на осветеността се използват целочислени стойности, даващи като резултат ниска точност. При SM2.0 и 3.0 се въвеждат изчисленията с плаваща запетая, чрез които значително се повишава прецизността на нивата на осветяемост.

Какви ще са нововъведенията при Shader Model 4.0, все още е неясно. В момента обаче е налице нуждата от значително увеличение на мощността на съвременните видеокарти, за да могат те да се справят с HDR изчисленията в реално време при комплексните 3D сцени. Дали това ще дойде с DirectX 10 и SM4.0 обаче, остава да се види.

АВТОР НА СТАТИЯТА Добрил Доков

Статията е копирана от