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Éclairage HDR (Direct3D 9)

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L’éclairage dans le monde réel contient une plage dynamique très élevée (HDR) de valeurs de luminance. Le monde réel a environ 10 ordres de plage dynamique (DR) pour les valeurs de luminance réparties dans le spectre de l’obscurité jusqu’à la luminosité. D’autre part, un écran d’ordinateur a une gamme d’affichage très limitée (ou plage de valeurs de luminance) : environ deux ordres de plage dynamique. Le défi de la production d’images rendues HDR consiste à mapper les valeurs HDR réelles dans la gamme limitée d’un écran d’ordinateur.

Le mappage de tonalité est la technique utilisée par DirectX pour mapper les informations HDR dans une plage plus limitée. Le mappage de tonalité appliqué au rendu CGI peut améliorer considérablement la quantité de détails d’éclairage rendus, ce qui permet de voir les détails dans les zones les plus sombres et de fournir un contraste dans les zones qui sont si lumineuses qu’elles semblent brûlées. Les scènes résultantes sont rendues avec des détails d’éclairage beaucoup plus visibles.

L’exemple HDRLighting est un exemple de KIT de développement logiciel (SDK) qui illustre l’éclairage HDR.

Mappage de tonalités

Le mappage de tonalité simule généralement des phénomènes optiques qui ne peuvent pas être causés par la récupération d’urgence du moniteur. Par exemple, les poussées ou la floraison (qui sont principalement des propriétés des lentilles), le décalage bleu qui se produit dans l’œil humain dans des conditions de faible luminosité, et d’autres adaptations qui sont un résultat de la biochimie de l’œil. Si la récupération d’urgence de l’écran était suffisamment grande, le mappage des tonalités ne serait pas aussi nécessaire, sauf pour fournir des effets artistiques ou certaines des propriétés d’un appareil photo ou d’un appareil à couplage de charge (CCD).

Le mappage de tonalité divise la plage de valeurs de luminance d’une scène en un ensemble de zones. Chaque zone englobe une plage de valeurs de luminance.

HDR utilise les termes suivants :

  • Zone : plage de valeurs de luminance
  • Gris moyen - zone de luminosité moyenne de la scène
  • Plage dynamique : rapport entre la luminance de scène la plus élevée et la luminance de scène la plus faible
  • Clé - mesure subjective de l’éclairage de la scène: cela varie de la lumière à modéré à sombre

Pour calculer la luminance à partir de valeurs RVB, utilisez les éléments suivants :

L = 0.27R + 0.67G + 0.06B;

La luminance moyenne du journal est une approximation utile pour la clé d’une scène. Une équation générale ressemble à ceci :

Lw = exp[ 1 / N( sum[ log( delta + Lw( x, y ) ) ] ) ]

Où :

  • Lw - luminance moyenne logarithmique
  • N - nombre de pixels dans l’image
  • delta : un petit facteur pour éviter les problèmes liés aux pixels noirs
  • Lw( x, y ) - la luminance de l’espace mondial pour pixel ( x, y )

Pour mapper cette valeur à une valeur de gris moyen, voici un opérateur de mise à l’échelle de luminance :

L( x, y ) = a * Lw( x, y ) / Lw

Où :

  • L( x, y ) - luminance mise à l’échelle pour les pixels ( x, y )
  • a - valeur de clé d’image après l’application de la mise à l’échelle

Enfin, voici un opérateur de mappage de tonalité simple pour compresser les luminances élevées :

Ld( x, y ) = L( x, y ) / ( 1 + L( x, y ) )

Où :

  • Ld( x, y ) - luminance compressée et mise à l’échelle pour pixel ( x, y )
  • a - valeur de clé d’image après l’application de la mise à l’échelle

Cet opérateur met à l’échelle les luminances élevées de 1/L et les luminances faibles de 1. Pour plus d’informations, consultez le document suivant.

Reinhard, Erik, Mike Stark, Peter Shirley et James Ferwerda. « Reproduction de ton photographique pour les images numériques ». ACM Transactions on Graphics (TOG), Actes de la 29e Conférence annuelle sur l’infographie et les techniques interactives (SIGGRAPH), p. 267-276. New York, NY: ACM Press, 2002.

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