Renderovanje visokog dinamičkog opsega
.jpg)
Renderovanje visokog dinamičkog opsega (HDRR ili HDR renderovanje), takođe poznato kao osvetljenje visokog dinamičkog opsega, je prikazivanje scena računarske grafike korišćenjem proračuna osvetljenja u visokom dinamičkom opsegu (HDR). Ovo omogućava očuvanje detalja koji mogu biti izgubljeni zbog ograničavanja odnosa kontrasta. Video igrice i kompjuterski generisani filmovi i specijalni efekti imaju koristi od ovoga jer stvara realističnije scene nego kod jednostavnijih modela osvetljenja.
Kompanija za grafičke procesore Nvidia rezimira motivaciju za HDR u tri tačke: svetle stvari mogu biti zaista svetle, tamne stvari mogu biti zaista mračne, a detalji se mogu videti u oba.[1]
Istorija
[uredi | uredi izvor]Korišćenje slika visokog dinamičkog opsega (HDRI) u kompjuterskoj grafici uveo je Greg Ward 1985. godine sa svojim softverom za renderovanje i simulaciju osvetljenja otvorenog koda koji je stvorio prvi format datoteke koji je zadržao sliku visokog dinamičkog opsega. HDRI je opstajao više od jedne decenije, sputan ograničenom računarskom snagom, metodama skladištenja i snimanja. Tek nedavno je razvijena tehnologija da se HDRI stavi u praktičnu upotrebu.[2]
Godine 1990. Nakame i ostali predstavili su model osvetljenja za simulatore vožnje koji je istakao potrebu za obradom visokog dinamičkog opsega u realističnim simulacijama
Godine 1995. Greg Spencer je predstavio efekte odsjaja zasnovane na fizičkoj osnovi za digitalne slike na SIGGRAPH-u, obezbeđujući kvantitativni model za bljesak i cvetanje u ljudskom oku.[3]
Godine 1997, Paul Debevec je predstavio Obnavljanje mapa zračenja visokog dinamičkog opsega sa fotografija[4] na SIGGRAPH-u, a sledeće godine predstavio je Renderovanje sintetičkih objekata u stvarne scene. Ova dva rada su postavila okvir za kreiranje HDR svetlosnih sondi lokacije, a zatim korišćenje ove sonde za osvetljavanje renderovane scene.[5]
HDRI i HDRL (osvetljenje zasnovano na slici visokog dinamičkog opsega) se od tada koriste u mnogim situacijama u 3D scenama u kojima umetanje 3D objekta u realno okruženje zahteva podatke svetlosne sonde kako bi se obezbedila realistična rešenja za osvetljenje.
U aplikacijama za igre, Riven: The Sequel to Myst je 1997. koristio HDRI post obradu potprograma direktno zasnovan na Spenserovom radu.[6] Nakon E3 2003, Valve je objavio demo film svog izvora računara koji prikazuje gradski pejzaž u visokom dinamičkom opsegu.[7] Termin se ponovo nije uobičajeno koristio sve do E3 2004, gde je stekao mnogo više pažnje kada je Epic Games predstavio Unreal Engine 3, a Valve najavio Half-Life 2: Lost Coast 2005. godine, zajedno sa motorima otvorenog koda kao što su OGRE 3D i igre otvorenog koda kao što je Nexuiz.
Primeri
[uredi | uredi izvor]Jedna od primarnih prednosti HDR renderovanja je očuvanje detalja u sceni sa velikim odnosom kontrasta. Bez HDR-a, područja koja su previše su odsečena na crnu, a područja koja su previše svetla se seku na belu. Oni su predstavljeni hardverom kao vrednost sa pokretnim zarezom od 0,0 i 1,0 za čisto crnu i čisto belu.
Drugi aspekt HDR renderovanja je dodavanje perceptivnih znakova koji povećavaju prividnu osvetljenost. HDR renderovanje takođe utiče na to kako se svetlost čuva u optičkim fenomenima kao što su refleksije i prelamanja, kao i na transparentne materijale kao što je staklo. U LDR renderovanju, veoma svetli izvori svetlosti u sceni (kao što je sunce) su ograničeni na 1.0. Kada se ovo svetlo reflektuje, rezultat mora biti manji ili jednak 1,0. Međutim, u HDR renderovanju, veoma svetli izvori svetlosti mogu premašiti osvetljenost od 1,0 da bi simulirali svoje stvarne vrednosti. Ovo omogućava refleksijama sa površina da održe realističnu osvetljenost za jake izvore svetlosti.
Ograničenja i naknade
[uredi | uredi izvor]Ljudsko oko
[uredi | uredi izvor]Ljudsko oko može da opaža scene sa veoma visokim dinamičkim kontrastom, oko 1.000.000:1. Adaptacija se delimično postiže prilagođavanjem dužice i sporim hemijskim promenama, za koje je potrebno neko vreme (npr. kašnjenje u mogućnosti da se vidi kada se prelazi sa jakog osvetljenja na mrkli mrak). U svakom trenutku, statički opseg oka je manji, oko 10.000:1. Međutim, ovo je i dalje veće od statičkog opsega većine tehnologije ekrana.
Izlaz na displeje
[uredi | uredi izvor]Iako mnogi proizvođači tvrde da su brojevi veoma visoki, plazma ekrani, LCD ekrani i CRT ekrani mogu da isporuče samo delić kontrastnog odnosa koji se nalazi u stvarnom svetu, a oni se obično mere u idealnim uslovima. Sadržaj u normalnim uslovima gledanja je znatno niži.
Određeno povećanje dinamičkog opsega na LCD monitorima može se postići automatskim smanjenjem pozadinskog osvetljenja za tamne scene. Na primer, LG naziva ovu tehnologiju „Digitalni fini kontrast“;[8] Samsung je opisuje kao „dinamički odnos kontrasta“. Druga tehnika je da imate niz svetlijih i tamnijih LED pozadinskih osvetljenja, na primer sa sistemima koje je razvio BrightSide Technologies.[9]
OLED ekrani imaju bolje mogućnosti dinamičkog opsega od LCD-a, slično plazmi, ali sa manjom potrošnjom energije. Rec.709 definiše prostor boja za HDTV, a Rec. 2020. definiše veći, ali još uvek nepotpun prostor boja za televiziju ultra visoke definicije.
Flare
[uredi | uredi izvor]Flare je difrakcija svetlosti u ljudskom sočivu, što rezultira „zracima“ svetlosti koji izlaze iz malih izvora svetlosti, a takođe može dovesti do nekih hromatskih efekata. Najvidljiviji je na tačkastim izvorima svetlosti zbog njihovog malog vizuelnog ugla.
U suprotnom, HDR sistemi za renderovanje moraju da mapiraju puni dinamički opseg onoga što bi oko videlo u prikazanoj situaciji na mogućnosti uređaja. Ovo mapiranje tonova se vrši u odnosu na ono što kamera virtuelne scene vidi, u kombinaciji sa nekoliko efekata preko celog ekrana, npr. da simulira prašinu u vazduhu koja je osvetljena direktnom sunčevom svetlošću u mračnoj pećini, ili raspršivanje u oku.
Mapiranje tonova i kompjuterska grafika mogu se koristiti zajedno da pomognu u simulaciji ovih efekata.
Cvetanje svetlosti
[uredi | uredi izvor]Cvetanje svetlosti je rezultat rasejanja u ljudskom sočivu, što ljudski mozak tumači kao svetlu tačku u sceni. Na primer, jarko svetlo u pozadini će izgledati kao da prelazi na objekte u prednjem planu. Ovo se može koristiti za stvaranje iluzije da bi svetla tačka izgledala svetlija nego što zaista jeste.
Mapiranje tonova
[uredi | uredi izvor]Mapiranje tonova, u kontekstu grafičkog prikazivanja, je tehnika koja se koristi za mapiranje boja iz visokog dinamičkog opsega (u kojem se vrše proračuni osvetljenja) u niži dinamički opseg koji odgovara mogućnostima željenog uređaja za prikaz. Tipično, mapiranje je nelinearno – zadržava dovoljno opsega za tamne boje i postepeno ograničava dinamički opseg za svetle boje. Ova tehnika često proizvodi vizuelno privlačne slike sa dobrim ukupnim detaljima i kontrastom. Postoje različiti operatori za mapiranje tonova, u rasponu od jednostavnih metoda u realnom vremenu koje se koriste u kompjuterskim igrama do sofisticiranijih tehnika koje pokušavaju da imitiraju perceptivni odgovor ljudskog vizuelnog sistema.
Reference
[uredi | uredi izvor]- ^ „"High Dynamic Range Rendering (on the GeForce 6800)"” (PDF).
- ^ „"High Dynamic Range Imaging"” (PDF).
- ^ SIGGRAPH (Conference) (22nd : 1995 : Los Angeles, Calif ); Cook, Robert; Hourvitz, Leo; SIGGRAPH (1995). Computer graphics : proceedings : SIGGRAPH 95 Conference proceedings, August 6-11, 1995. Internet Archive. New York, NY : ACM SIGGRAPH. ISBN 978-0-201-84776-5.
- ^ „Recovering High Dynamic Range Radiance Maps from Photographs”. www.pauldebevec.com. Pristupljeno 2022-03-31.
- ^ „Debevec / Rendering Synthetic Objects into Real Scenes”. www.pauldebevec.com. Pristupljeno 2022-03-31.
- ^ „Forcade, Tim (February 1998). "Unraveling Riven". Computer Graphics World.”. Nedostaje ili je prazan parametar
|url=(pomoć) - ^ Half-Life 2: Source DirectX 9.0 Effects Trailer (2003) (na jeziku: srpski), Pristupljeno 2022-03-31
- ^ „Digital Fine Contrast”.
- ^ „BrightSide Technologies is now part of Dolby”. Arhivirano iz originala 10. 09. 2007. g. Pristupljeno 31. 03. 2022.