गतिशील स्थानीय प्रदर्शन

नमस्कार, हेब्र! मैं आपको जॉन चैपमैन के लेख "डायनामिक लोकल एक्सपोजर" का अनुवाद प्रस्तुत करता हूं।


इस लेख में, मैं एचडीआर रेंडरिंग में गतिशील स्थानीय जोखिम के बारे में कुछ विचारों को पेश करूंगा। बार्ट ड्रोनस्की के पास पहले से ही इस विषय पर एक उत्कृष्ट लेख है और यदि आप पहले से ही ऐसा नहीं करते हैं तो मैं इसे तुरंत पढ़ने की सलाह देता हूं; उनके लेख के आधार पर, यहां विचार अधिक हद तक हैं। अंत में, मैंने कुछ अन्य महान लिंक शामिल किए।

कम / उच्च गतिशील रेंज

अच्छे पुराने दिनों (1990 के दशक) में, खेल को सीधे प्रदर्शित LDR (संकीर्ण गतिशील रेंज) प्रारूप (गामा स्थान, 8 बिट्स) में प्रदान किया गया था। यह सरल और सस्ता था, लेकिन, दूसरी ओर, वास्तव में फोटोरिअलिस्टिक चित्र के निर्माण में महत्वपूर्ण रूप से हस्तक्षेप किया गया था।

वर्तमान में, विशेष रूप से पीबीआर (शारीरिक रूप से आधारित प्रतिपादन) के आगमन के साथ, खेलों को उच्च सटीकता के साथ रैखिक स्थान में विशाल गतिशील रेंज के साथ प्रदान किया जाता है। इस आंदोलन के साथ, वास्तविक समस्या फोटोरिअलिज़्म के लिए आती है: हम एलडीआर में एचडीआर छवि कैसे प्रदर्शित कर सकते हैं?

ग्लोबल ऑटो एक्सपोजर

स्वचालित एक्सपोज़र नियंत्रण के लिए मानक दृष्टिकोण दृश्य के औसत (या औसत लघुगणक) चमक को मापना है, वैकल्पिक रूप से एक वजन फ़ंक्शन के साथ जो छवि के केंद्र के करीब मूल्यों को पसंद करता है। यह समानांतर रूप से कमी का उपयोग करके या ल्यूमिनेंस बफर के मिपमैप में बार-बार डाउनस्मैपलिंग द्वारा बहुत कुशलता से किया जा सकता है। बाद के दृष्टिकोण के कुछ फायदे हैं, जिनके बारे में मैं अगले भाग में चर्चा करूंगा।

औसत चमक बाद में एक्सपोज़र वैल्यू में बदल जाती है, उदाहरण के लिए, दृश्य की अधिकतम स्वीकार्य चमक के पारस्परिक की गणना करके:

float Lavg = exp(textureLod(txLuminance, uv, 99.0).x); float ev100 = log2(Lavg * 100.0 / 12.5); ev100 -= uExposureCompensation; // optional manual bias float exposure = 1.0 / (1.2 * exp2(ev100)); 

संतृप्ति के आधार पर वेग की गणना के लिए आईएसओ मानक से प्राप्त, एक पूर्ण विवरण के लिए, देखें (3)

चूंकि संभावित औसत चमक गतिशील परिस्थितियों में अस्थिर है, यह आमतौर पर घातीय हिस्टैरिसीस फ़ंक्शन (2) का उपयोग करके समय के साथ चिकनाई जाती है:

 Lavg = Lavg + (Lnew - Lavg) * (1.0 - exp(uDeltaTime * -uRate)); 

अपनी वैश्विक प्रकृति के कारण, यह विधि उस छवि के क्षेत्रों की गंभीर छायांकन या हाइलाइट से ग्रस्त है जिसमें औसत तापमान से विचलन है:



हालांकि यह प्रकाश के स्तर में परिवर्तन के लिए आंख की क्षमता से मेल खाती है, लेकिन समग्र प्रभाव वास्तविक दुनिया में हम वास्तव में जो अनुभव करते हैं, उससे काफी दूर है।

स्थानीय एई

यदि हम डाउनसम्पलिंग के साथ मध्यम चमक उत्पन्न करते हैं, तो हमारे पास स्थानीय औसत चमक प्राप्त करने के लिए ल्यूमिनेंस बफर (4) के निचले स्तर तक पहुंच है।

 float Lavg = exp(textureLod(txLuminance, uv, uLuminanceLod).x; 

कृपया ध्यान दें कि इसे काम करने के लिए, हिस्टैरिसीस को केवल अंतिम चरण (जब 1x1 मील के स्तर की रिकॉर्डिंग) पर लागू किया जाना चाहिए, अन्यथा कलाकृतियां होंगी।

सिद्धांत रूप में, यह एक महान विचार है: छवि के प्रत्येक क्षेत्र में एक अच्छा प्रदर्शन हो सकता है, जबकि पड़ोसी क्षेत्रों के साथ विपरीत। हालांकि, व्यवहार में, एक घृणित परिणाम प्राप्त होता है:



सबसे अप्रिय ब्लॉक "halos" हैं जो उच्च विपरीत वाले क्षेत्रों में पाए जाते हैं:



हालांकि, उन्हें ल्यूमिनेन्स बफर को पूर्व फ़िल्टर करके या बस बाइसिक्यू सैंपलिंग का उपयोग करके या तो चिकना किया जा सकता है:



यह अभी भी घृणित दिखता है, लेकिन पहले से ही बेहतर है।

ल्यूमिनेंस में विभिन्न स्तरों के नमूने का नमूनाकरण प्रभामंडल की त्रिज्या को बदल देता है। यह पैरामीटर परिणाम के समग्र "उपस्थिति" को नियंत्रित करने के लिए, साथ ही साथ प्रभामंडल प्रभाव को कम करने के लिए उपयोगी है, हालांकि इसके विपरीत एक सामान्य कमी के कारण (यह एक सीमा फ़िल्टर बन जाता है) या एक्सपोज़र नियंत्रण के स्थानीयता की हानि:



फिर भी, भूत को सुलगाना पर्याप्त नहीं है। परिणाम बिल्कुल भी स्वाभाविक नहीं है; एक व्यक्ति जो देखता है, उसके विपरीत चरम "एचडीआर फोटो" शैली की तरह दिखता है। हालांकि, वैश्विक और स्थानीय मूल्यों को मिलाकर, हम दोनों दुनियाओं में सर्वश्रेष्ठ प्राप्त कर सकते हैं:

 float Llocal = exp(textureLod(txLuminance, uv, uLuminanceLod).x; float Lglobal = exp(textureLod(txLuminance, uv, 99.0).x; float L = mix(Lglobal, Llocal, uLocalExposureRatio); // .. use L to compute the final exposure scale as before 

मिक्सिंग फैक्टर को बदलकर, आप स्थानीय एक्सपोज़र को समायोजित कर सकते हैं ताकि परिणामस्वरूप कलाकृतियों को कम करें और कथित यथार्थवाद को अधिकतम करें:

ऑटो मिक्स अनुपात

मिश्रण अनुपात को मैन्युअल रूप से समायोजित करना उन स्थितियों में सामान्य है जहां हमारे पास कैमरा स्थिति, प्रकाश व्यवस्था आदि का पूर्ण नियंत्रण है। हालांकि, कई मामलों में (उदाहरण के लिए, दिन और रात के गतिशील परिवर्तन के साथ आउटडोर गेम), इस स्तर का नियंत्रण बस संभव नहीं है। इस मामले में, मिश्रण कारक को स्वचालित रूप से उत्पन्न करना अच्छा होगा।

नीचे की छवि में हमारे पास एक विस्तृत गतिशील सीमा है; ज्यादातर मध्यम-कम चमक मूल्य और उच्च तीव्रता वाले कई क्षेत्र (खिड़कियों में आकाश):



स्थानीय जोखिम के बिना, आकाश का रंग खो जाता है। इस मामले में, मैं एक बड़ा मिश्रण अनुपात चाहूंगा:



अब नीचे दी गई छवि पर विचार करें, जिसमें एक उच्च चमक मूल्य के साथ मुख्य रूप से एक छोटी गतिशील सीमा है:



इस मामले में, स्थानीय प्रदर्शन लागू करने से "उज्ज्वल" क्षेत्रों की चमक बहुत कम हो जाती है:



अवलोकन डेटा स्थानीय और वैश्विक मूल्यों के मिश्रण की एक सरल विधि पर संकेत देता है: यदि दृश्य की औसत और अधिकतम चमक के बीच का अंतर अधिक है, तो स्थानीय जोखिम का मिश्रण गुणांक अधिक होना चाहिए। दृश्य की अधिकतम चमक की पीढ़ी को चमक की गणना के दौरान तुच्छ रूप से किया जा सकता है, हिस्टैरिसीस का उपयोग करके परिणाम को उसी तरह से सुचारू किया जा सकता है जैसे कि औसत मूल्य। इसलिए, हम पिछले कोड के टुकड़े का विस्तार इस प्रकार कर सकते हैं:

 float Llocal = exp(textureLod(txLuminance, uv, uLuminanceLod).x; float Lglobal = exp(textureLod(txLuminance, uv, 99.0).x; // average in x float Lmax = exp(textureLod(txLuminance, uv, 99.0).y; // max in y float Lratio = min(saturate(abs(Lmax - Lglobal) / Lmax), uLocalExposureMax); float L = mix(Lglobal, Llocal, Lratio); // .. use L to compute the final exposure scale as before 

कृपया ध्यान दें कि uLocalExposureMax हमारे इनपुट पर स्थानीय एक्सपोज़र के पूर्ण अधिकतम डिग्री को नियंत्रित करने के लिए दिखाई दिया। मुझे एक अच्छा परिणाम मिला uLocalExposureMax <0.3 ।

निष्कर्ष

ऊपर उल्लिखित दृष्टिकोण कुछ सीमाओं को लगाता है जब किसी दृश्य की चमक को मापना आवश्यक होता है। आमतौर पर माप कणों के प्रभाव, प्रस्फुटन , आदि के अनुकूलन से बचने के लिए प्रकाश के पारित होने के तुरंत बाद किया जाता है। हालांकि, जब स्थानीय चमक का उपयोग किया जाता है, तो यह महत्वपूर्ण है कि एक्सपोज़र में भाग लेने वाला वास्तविक मूल्य ल्यूमिनेन्स मैप में प्रस्तुत किया गया है। इसका मतलब है कि एक्सपोज़र लागू करने से तुरंत पहले एक चमक माप किया जाना चाहिए। यदि यह अस्वीकार्य है, तो समाधान औसत और अधिकतम मूल्यों से अलग स्थानीय चमक उत्पन्न करना है।

हालांकि मुझे लगता है कि दृश्य की स्थानीय और वैश्विक चमक का उपयोग एक संतुलित, प्राकृतिक दिखने वाली छवि बनाने के लिए "सही" दृष्टिकोण है, परिणाम की गुणवत्ता स्पष्ट रूप से व्यक्तिपरक है। इस तरह की विधि किसी विशेष खेल के लिए उपयुक्त है या नहीं यह पूरी तरह से सामग्री और वांछित दृश्य शैली पर निर्भर करता है। मैं इस संबंध में अन्य विचारों को सुनना चाहूंगा।

संदर्भ

1. स्थानीयकृत टोनमैपिंग (बार्ट व्रोनस्की )
2. एक शारीरिक रूप से आधारित कैमरा (पैड्रिक हेनेसी) को लागू करना
3. फ्रॉस्टबाइट को PBR (Sébastien Lagarde, et al।) पर ले जाना।
4. टोनमैपिंग पर एक करीब देखो (मैट पेट्टीनो )
5. लीनियर होने का महत्व (लैरी ग्रिट्ज़, एट अल।)
6. उन्नत तकनीक और एचडीआर / वीडीआर कलर पाइपलाइन (टिमोथी लोट्स) का अनुकूलन

एचडीआर छवियों को एसआईबीएल आर्काइव से लिया गया है।