HDR-Beleuchtung, Belichtung, Tone Mapping und Display-Ausgabe getrennt behandeln

Szenenhelligkeit erhalten

Ein helles Fenster und ein dunkler Raum können einen grösseren Zahlenbereich erfordern als das fertige Bild. Die szenenlineare Beleuchtung beider sollte in einem HDR-Zwischenformat, üblicherweise Gleitkomma, erhalten bleiben, bevor entschieden wird, wie sie erscheinen soll. Werden helle Werte zu früh begrenzt (Clamping), gehen Unterschiede verloren, die eine spätere Kurve nicht wiederherstellen kann. Das Toolkit von Microsoft behandelt HDR-Quelle und Tone-Mapping-Operation als getrennte Eingaben und Entscheidungen. [2]

Jeder Stufe einen eigenen Zweck zuweisen

Die Belichtung skaliert die Szenenwerte. Tone Mapping legt fest, wie diese innerhalb eines gewählten Anzeigebereichs platziert werden. Die Display-Kodierung erzeugt anschliessend das Signal, das der Ausgabepfad erwartet. ACES trennt Rendering und Display-Kodierung ausdrücklich; die Output Transform berücksichtigt zudem Ziel-Gamut und Luminanz. [1]

Ein HDR-Render-Target aktiviert für sich allein noch keine HDR-Darstellung. Betriebssystempfad, Swap-Chain-Konfiguration, Fähigkeiten des Displays und Interpretation des Ausgabefarbraums müssen zusammenpassen. [3] Diese Punkte sind unabhängig von der künstlerischen Kurve zu dokumentieren.

Eine veranschaulichende Kurve berechnen

Angenommen, drei szenenlineare Samples haben die Werte 0.25, 2 und 16. Nur zu Demonstrationszwecken dient T(x) = x / (1 + x). Die abgebildeten Werte betragen ungefähr 0.200, 0.667 und 0.941. Eine Erhöhung der Belichtung um eine Blendenstufe multipliziert die Eingaben mit 2 und ergibt 0.5, 4 und 32; dieselbe Kurve liefert dafür etwa 0.333, 0.800 und 0.970.

Das Beispiel zeigt, warum Unterschiede zwischen hellen Werten nahe dem oberen Ende der Kurve stärker komprimiert werden. Es handelt sich um reine Arithmetik, nicht um eine empfohlene Produktionstransformation und auch nicht um ein Modell eines bestimmten Displays. Wird eine Kurve unabhängig auf die RGB-Kanäle angewendet, können sich ausserdem die Farbbeziehungen verändern. Deshalb farbige Highlights prüfen, statt sich nur auf eine Graurampe zu verlassen.

Eine stabile Reihenfolge validieren

Die Belichtung festlegen, bevor das Materialverhalten abgestimmt wird. Eine neutrale Rampe, helle emissive Flächen, gesättigte Lichter und einen dunklen Innenraum neben einer hellen Öffnung aufnehmen. Die Werte vor und nach dem Mapping prüfen und die finale Kodierung anschliessend separat bestätigen.

Soll eine automatische Belichtung verwendet werden, sind Übergänge beim Betreten und Verlassen von Bereichen mit einer Kamera zu testen, die sich in Spielgeschwindigkeit bewegt. Die gewählte Belichtung über die Zeit aufzeichnen und prüfen, ob ein kleines helles Objekt eine störende Adaption auslöst. UI und Overlays gehören in den abschliessenden Darstellungstest, da ihre beabsichtigte Helligkeit möglicherweise eine gesonderte Behandlung erfordert.

Den richtigen Fehler diagnostizieren

Abgeschnittene Eingabewerte, zu hohe Belichtung, aggressive Kompression der Lichter und eine falsche Ausgabekodierung können alle über unterschiedliche Mechanismen ein ausgewaschenes Bild erzeugen. Jeweils nur eine Stufe ändern. Neben der beabsichtigten HDR-Darstellung auch eine SDR-Referenz aufbewahren.

Nicht behaupten, dass ein ansprechender Screenshot die Display-Kompatibilität belegt. Die tatsächlichen Zielgeräte und Ausgabemodi sind zu prüfen, und vor der Ausgabe sollten genügend Informationen erhalten bleiben, um Rendering-Fehler von Darstellungsfehlern zu unterscheiden.

Quellen

• [1] Output Transforms — Academy of Motion Picture Arts and Sciences, ACES.
• [2] ToneMapPostProcess — Microsoft DirectX Tool Kit.
• [3] DirectX with Advanced Color — Microsoft.