图形 2.7 LDR与HDR

1.基本概念

1.动态范围

“动态范围”是一个用于定义相机可以在多大范围内捕捉图像的影调细节的术语，通常指由最低值到最高溢出值之间的范围。简单地说，它描述的是相机在单帧内可以记录的最亮和最暗影调之间的比率。

当你拍摄的图像在光线上有巨大的差异时，更大的动态范围就能获得更大的影调空间——例如一个有明亮窗户和昏暗内部的地点。来自窗户的光线比墙壁内部的光线要亮得多，如果动态范围不够大，这时要么窗户的光线太亮，曝光过度（看起来是白色的），要么墙壁太暗，曝光不足（看起来是黑色的），这会导致图像失去细节。

Dynamic Range（动态范围）=最高亮度/最低亮度 HDR= High Dynamic Range LDR = Low Dynamic Range ToneMapping：将超高的动态范围转换到我们日常显示的屏幕上的低动态范围的过程

○ 因为不同的厂家生产的屏幕亮度（物理）实际上是不统一的，那么我们在说LDR时，它是一个0到1范围的值，对应到不同的屏幕上就是匹配当前屏幕的最低亮度（0）和最高亮度（1） ○ 自然界中的亮度差异是非常大的。例如，蜡烛的光强度大约为15，而太阳光的强度大约为10w。这中间的差异是非常大的，有着超级高的动态范围。 ○ 我们日常使用的屏幕，其最高亮度是经过一系列经验积累的，所以使用、用起来不会对眼睛有伤害；但自然界中的，比如我们直视太阳时，实际上是会对眼睛产生伤害的。

2.LDR

8位精度对于8位精度的补充：8位是8个2相乘，等于256 单通道0-1 常用LDR图片存储的格式有jpg/png等常用DCC工具中的拾色器、一般的图片、电脑屏幕都是LDR 例如拾色器中0-255（256）

3.HDR

远高于8位精度

单通道可以超过1

常用HDR图片存储的格式有hdr/tif/exr/raw等（其中很多是相机常用格式）

HDRI、真实世界

补充：相机是如何将HDR映射到LDR的

首先将曝光值进行计算，映射到相机可以感应的范围

然后把这个值输入为线性的值，存储到图片中（一般为raw格式）

之后会经过一个变化（LUT），通过白平衡、色彩校正、色调映射、伽马校正这个过程，最后的结果烘焙成LUT（pbr中LUT的图，就是这个过程的结果）

每个相机厂商的LUT格式不太一样。

手机上所配备的HDR其实是一种多帧合成技术，无论是拍照片也好、录制视频也好，手机在一帧内同时拍摄多张画面，然后利用算法处理将不同画面的明暗部分合成在一起，以达到同时保留高光细节与暗部细节的目的。这确实符合HDR高动态范围的宗旨，但由于是人工参与，不同手机间的效果层次不齐。而且有时存在矫正过度，对比度不自然的问题。因此严格来说，这种经过HDR处理的照片或视频依然属于SDR的范畴。

2.为什么需要HDR

LDR只能将现实中的颜色压缩再呈现出来 HDR可以由更好的色彩，更高的动态范围和更丰富的细节。可以有效防止画面过曝，超过1的亮度值的色彩也能很好地表现，像素光亮度变得很正常，视觉传达更真实

HDR才有超过1的数值，才会有光晕（bloom）效果，高质量的bloom效果能体现出画面的渲染品质

3.一些可以直接下载HDR图的网址

sIBL Archive
360° Hdri Panorama Overview | Openfootage

4.Unity中的HDR

1.Camera中的HDR设置

开启的话，会将场景渲染为HDR图像缓冲区

下一步进行屏幕后处理：Bloom和ToneMapping

在ToneMapping过程中，会把HDR转换为LDR

LDR的图像会发送给显示器

2.Lightmap的HDR设置

选择High Quality将启用HDR光照贴图的支持，选择Normal Quality将切换为使用RGBM编码 RGBM编码：将颜色存储在RGB通道中，将乘数（M）存储在Alpha通道中

3.拾色器的HDR设置

如果将颜色设置为HDR，那么拾色器中就会出现一个Intensity的滑条用来调整强度滑条每增加1，提供的光强度增加一倍。

5.HDR的优点、缺点

● 优点 ○ 画面中亮度超过1的部分不会被截掉，增加了亮部的细节，减少了曝光 ○ 减少画面暗部的色阶感 ○ 更好的支持bloom效果 ● 缺点 ○ 渲染速度慢，需要更多显存 ○ 不支持硬件抗锯齿 ○ 部分手机不支持

6.HDR与Bloom

什么是Bloom Bloom是一种游戏常见的一种屏幕效果叫做高光溢出，是一种光学效果，其中来自明亮来源（如闪光）的光表现为泄露到周围对象中。通俗来说就是这种特效可以模拟真实摄像机的一种图像效果，他让画面中较亮的区域"扩散"到周围的区域，造成一种朦胧的效果。高光溢出 (Bloom) 是非常独特的效果，可以使场景截然不同，可能使人想起魔法或梦幻般的环境（尤其是在与HDR渲染结合使用时）。另一方面，在设置正确时，还可以使用此效果增强照片写实性。非常明亮的对象周围的发光是可在电影和摄影中观察到的常见现象（其中亮度值差别极大）。高光溢出 (Bloom) 是较简单但经过优化的快速高光溢出 (FastBloom) 和旧式高光溢出和光晕 (BloomAndFlares) 图像效果的增强版本。

Bloom的实现过程

Bloom用来表现光晕的效果
ps Bloom实现过程

1、渲染出原图

2、计算超过某个阈值的高光像素

3、对高光的像素进行高斯模糊

4、然后叠加光晕、成图

Unity中的Bloom过程

在第一步down sample处计算高光的像素，然后不停的做down sample并存在rt里，到达一定次数后（由参数控制），再一步步up scale回去，在这个过程中会将之前的rt加入，一步步up sample回到原来。

Bloom属性 首先可以通过右键->Volume->Global Volume 创建一个Vloum。没有的可以通过Package Manager下载PostProcessing。

在创建的Global Volume 中会有Volume组件，在Volume组件中的Profile(配置文件)后面点击New，新建一个配置文件，然后点击Add Oberride 就可以添加Bloom属性了。可以看到Bloom上有很多属性，默认是不启用的，如果想使用这些属性要把他勾选上。

7.ToneMapping

1.概念

LDR范围为0到1，HDR可以超过1,；想要在显示器上表现更高动态范围的颜色，就要把HDR转换为LDR（这个过程就是ToneMapping），这种映射关系就是色调映射。下边例子是一个线性的亮度映射

但这并不符合我们对真实世界的理解，因此，基本上所有的映射最后都是通过一个s曲线来实现。

2.ToneMapping映射曲线

ACES曲线

Academy Color Encoding System学院颜色编码系统是最流行、最被广泛使用的ToneMapping映射曲线效果：对比度提高，能很好的保留暗部和亮部的细节之后在这个基础上再进行调色

其他类型的ToneMapping曲线

8.LUT（Lookup Table）

简单的理解：就是滤镜，通过LUT，你可以将一组RGB值输出为另一组RGB值，从而改变画面的曝光与色彩

和ToneMapping不同，LUT是在LDR之间做变化。而ToneMapping是对HDR做变换的。

调整RGB三通道的LUT被称为3D LUT

格式有3DL、CUBE、CSP、ICC

可以在PS中调整LUT，导出的LUT作为滤镜调整画面

作业

试试IBL在HDR和LDR的区别

IBL

IBL（Image Based Lighting）也就是基于图像的光照。相当于一个无限大的球面光源在照射场景。辐射度由 environment map 决定。

基于图像的照明（IBL）用于实现游戏关卡中来自静态对象的动态对象的环境照明。在大多数情况下，它用于镜面照明或反射。在这个过程中，潜在兴趣点的照明信息被存储在一种特殊类型的Cubemap中，称为光探针。这些Light probes是使用在相同位置捕获的环境图创建的，然后在运行时会以某种特殊的基于BRDF的方式进行模糊处理。光探针的每个mipmap都包含一个环境贴图的版本，根据该级别所代表的粗糙度，其模糊程度不同。例如，如果我们使用10个mip map级别来代表从0到1的粗糙度，那么mip-0将被代表粗糙度0的值模糊，mip-1将代表0.1，以此类推。最后一个mip级别mip-10将被一个代表粗糙度1.0的值模糊化。过程也称为Cubemap Convolution。所有这些都是作为预处理完成的，并在运行时获取产生的光探针，以实现反射或基于图像的照明。

HDR

LDR

视频

【技术美术百人计划】图形 2.7 LDR与HDR_哔哩哔哩_bilibili