线性工作流程和gamma解释

2015年10月13日影视工业 光影色彩评论4,8631

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很多3D设计师会觉得这种观念十分令人困惑。因此他们觉得这没有太多意义,但是请相信我,这很有必要。文章源自狐狸影视城-https://fox-studio.net/29256.html

在线性工作流程下,灯光的计算和从渲染设置到后期处理的整个颜色的处理过程,都是正确的。如果你旨在的使你的渲染更具真实度,那么你就需要这么做。文章源自狐狸影视城-https://fox-studio.net/29256.html

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这是一个没有进行gamma矫正的图像例子。我们可以注意到灯光并没有充满于屋中,即使场景是用vray的GI渲染的。文章源自狐狸影视城-https://fox-studio.net/29256.html

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我们在渲染完成以后后期调整图像的gamma,灯光变得正确充满了屋子。但是问题是这结果看起来有点曝光,而且颜色的色溢也计算错误。在地板上的颜色球,被赋予的是一个来自3ds Max的纯净的材质球,所以他们的颜色是正确的。然而,地面的材质的颜色和墙上的那副油画的颜色,是不正确的。饱和度和对比度都没有很好的被修正。文章源自狐狸影视城-https://fox-studio.net/29256.html

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以正确的设置(线性工作流),颜色和灯光都是正确的。文章源自狐狸影视城-https://fox-studio.net/29256.html

用线性流程也有一些其他的优点,例如每通道信息都有32位。常规的图像(像jpg)每个通道(只有R,G,B通道)只有8位,虽然最后的输出结果也够好了,但是它并不包含足够的信息供后期处理使用。去看看电影,注意一下32位的图像时如何在过于曝光的地方保留更多信息的。你能发现在地板上的反射已经变得更好了。然而8位的图像并不“知道什么被隐藏”于白色的像素下,因此当曝光度降低的时候,它会变灰。而且,如果你在后期做一些景深和镜头效果(glare/bloom  眩光/散光),你会发现32位的图像会增加这些效果的质量。文章源自狐狸影视城-https://fox-studio.net/29256.html

现在,在我们开始研究gamma这个术语之前,你需要知道一些人类感知灯光世界的常识。我们所拥有的感知,并不是一个线性的方式的。换句话说,如果你手里拿着0.5千克的东西,再加上0.5千克,你可以很容易感到是双倍的重量,但是如果你拿着50千克的东西,再加上0.5千克的东西,你几乎感觉不到有什么不同。这种问题同样出现在听觉和视觉。文章源自狐狸影视城-https://fox-studio.net/29256.html

人类是怎样感知灯光的改变的

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如你所看到的,我们可以很容易分辨出50瓦的和51瓦的灯泡的不同。但是即使在增加同样数量瓦数的情况下,我们也很难分辨出150瓦和151瓦灯泡的亮度的不同。文章源自狐狸影视城-https://fox-studio.net/29256.html

这条曲线描述了人类如何感知灯光的亮度。文章源自狐狸影视城-https://fox-studio.net/29256.html

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因为我们在高亮度区域不能很好的区分亮度的不同,所以这就浪费了编码图像的一些信息,这些图像是那些在整个光谱中以同样数据密度录入的图像。(编码,就是,比如把一个图像存储成JPEG)换句话说,我们不需要在亮度区域保留同样的密度的信息,在暗部区域也是一样。事实上,如果你有一个线性编码图像,那么你至少应该需要每通道14位,而常规的jpg图像每通道却只有8位。最重要的是,比起人类的眼睛,你会有更多信息存在于亮部区域,从而能被区分出来-区分出那些被浪费的比特信息。文章源自狐狸影视城-https://fox-studio.net/29256.html

是的,那意味着jpeg是一个非线性编码格式。实际上,jpeg,以及几乎所有的8位的图像都是以同样的像人类感知灯光的曲线来进行编码文章源自狐狸影视城-https://fox-studio.net/29256.html

三色图

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你有注意过在3ds Max中,拾色器是如何从0到255的范围进行拾色的吗?这就叫做三色图。(色板)文章源自狐狸影视城-https://fox-studio.net/29256.html

注意色板在暗部区域的密度,和在亮部区域的宽度。这个结果显示在暗部区域有更多的信息,所以在这样的情况下,我们可以通过集中数据在暗部区域来利用人类对灯光的感知特点。文章源自狐狸影视城-https://fox-studio.net/29256.html

现在,在应用此编码以后,实际上此图片在后台发生的是,这个图像变灰了。像这样:文章源自狐狸影视城-https://fox-studio.net/29256.html

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你会感觉到困惑并且想问:为什么不是所有8位的图片都变得很灰呢?那么,你现在应该了解一下在图像进行编码以后,发生了什么。文章源自狐狸影视城-https://fox-studio.net/29256.html

在过去的时候,当我们使用的都是CRT显示器的时候,我们有幸见到输入的图像和输出的图像分别是什么样的。实际上,这个亮度的规律,正好和人类的感知光线的规律是相反的。(当我们用的是进行过编码的图像)文章源自狐狸影视城-https://fox-studio.net/29256.html

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当gamma编码和CRT幂律函数在一起,中和以后整个结果应该是这样的:文章源自狐狸影视城-https://fox-studio.net/29256.html

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像我们今天用的平板显示器,并没有当初老的CRT显示器那样的显示效应。但是为了得到同样的结果,今天的显示器也会预置一个gamma曲线,是为了得到正确的图像显示。换句话说,原则和之前是一样的。文章源自狐狸影视城-https://fox-studio.net/29256.html

那么,在你渲染的时候需要做些什么呢?

其实,十分简单。当要在3ds Max中制作一个逼真的渲染的时候,用线性的方式去处理所有图像数据时非常关键的。因为它非常容易计算,而且也因为真实世界中并没有非线性的现象。那就意味着,当你在处理颜色、灯光、贴图,每件事需要做的事情的时候,都需要转换成线性空间。之所以叫线性,因为它不再是一条曲线了,而是直线,其被称作:gamma1.0。文章源自狐狸影视城-https://fox-studio.net/29256.html

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让我们更进一步解释一下。当在非线性空间下计算的时候,会发生的是,在亮度上,他们在各个位置的比率是不一样的,于是实际输出亮度也就不匹配了。文章源自狐狸影视城-https://fox-studio.net/29256.html

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如上面的插图所示,50%的地方的rgb值和实际输出的图像的图像并不匹配。如果要输出50%亮度的图像,实际上应该在图的22%的地方。这就是在非线性空间下计算,数学上出现问题的地方。文章源自狐狸影视城-https://fox-studio.net/29256.html

如果在线性空间下计算,那么他们的比率就匹配了,如图所示:文章源自狐狸影视城-https://fox-studio.net/29256.html

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这也和硬件有关,动态范围等。通常单反相机的标准拍摄模式也不是线性的,所以两部和暗部缺少细节,raw格式保留了这些细节,需要后期软件处理。文章源自狐狸影视城-https://fox-studio.net/29256.html

weinxin
千年骚狐
  • 本文由 发表于 2015年10月13日
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匿名

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