Question

我正在将我的webgl延迟渲染器转换为使用高动态范围的渲染器。我已经从网上各种来源阅读了很多关于这个主题的内容，我有一些问题希望可以澄清。我所做的大部分阅读都涵盖了HDR图像渲染，但我的问题与渲染器可能需要更改以支持HDR有关。

据我所知，HDR基本上是在尝试捕捉更高的光线范围，这样我们就可以在极亮或黑暗的场景中看到细节。通常在游戏中，我们使用强度1表示白光和0黑色。但在HDR /现实世界中，范围更加多样化。即发动机中的太阳可能比10的灯泡亮10000倍。

要处理这些较大的范围，您必须将渲染器转换为使用浮点渲染目标（或理想情况下半浮点数，因为它们使用较少的内存）进行光传递。

我的第一个问题是照明。除了浮点渲染目标之外，这是否意味着如果以前我有一个代表太阳的光，强度为1，它现在可以/应该表示为10000？即。

float spec = calcSpec();
vec4 diff = texture2D( sampler, uv );
vec4 color = diff * max(0.0, dot( N, L )) * lightIntensity + spec; //Where lightIntensity  is now 10000?
return color;

照明系统是否有任何其他根本性变化（浮动纹理和更高范围除外）？

接下来，我们现在有一个浮动渲染目标，它累加了所有光值（如上所述在更高的范围内）。此时我可能会在渲染目标上使用bloom之类的东西进行一些后期处理。一旦完成，它现在需要进行色调映射才能发送到屏幕。这是因为光线范围必须转换回我们的显示器范围。

因此，对于色调映射阶段，我可能会使用后期处理，然后使用色调映射公式将HDR照明转换为低动态范围。我选择的技术是来自Uncharted 2的John Hables：

const float A = 0.15;
const float B = 0.50;
const float C = 0.10;
const float D = 0.20;
const float E = 0.02;
const float F = 0.30;
const float W = 11.2;

vec3 Uncharted2Tonemap(vec3 x)
{
    return ((x*(A*x+C*B)+D*E)/(x*(A*x+B)+D*F))-E/F;
}

... // in main pixel shader

vec4 texColor = texture2D(lightSample, texCoord );
texColor *= 16;  // Hardcoded Exposure Adjustment 
float ExposureBias = 2.0;
vec3 curr = Uncharted2Tonemap( ExposureBias * texColor.xyz );
vec3 whiteScale = 1.0 / Uncharted2Tonemap(W);
vec3 color = curr * whiteScale;
 // Gama correction
color.x = pow( color.x, 1.0 /2.2 );
color.y = pow( color.y, 1.0 /2.2 );
color.z = pow( color.z, 1.0 /2.2 );
return vec4( color, 1.0 );

Tone mapping article

我的第二个问题与此色调映射阶段有关。除了这种技术还有更多的东西吗？只是使用更高的光强度并调整所有需要被视为HDR的曝光 - 或者还有更多吗？我知道有些游戏具有自动曝光功能来计算平均发光，但在最基本的水平上是否需要？想必你可以手动调整曝光？

许多文件中讨论的其他内容都是gama修正的内容。 gama校正似乎在两个方面完成。首先读取纹理，然后再将它们发送到屏幕时再次读取。当读取纹理时，它们必须简单地改为：

vec4 diff = pow( texture2D( sampler, uv), 2.2 );

然后在上述色调映射技术中，输出校正通过以下方式完成：

pow(color,1/2.2);

来自John Hables的演讲他说不是所有的纹理都必须像这样纠正。漫反射纹理必须是，但像普通地图这样的东西不一定非必要。

我的第三个问题是关于这个gama修正。这是必要的，以使其工作？这是否意味着我必须在读取漫反射贴图的所有地方更改我的引擎？

这是我目前对这次转换涉及的最新情况的理解。它是否正确，是否有任何我误解或出错的地方？

Answer 1

光线计算/累积 是的，你通常能够保持你的闪电计算相同，并且越来越多地说定向灯的强度超过1.0肯定是好的。值可以超过一的另一种方法是简单地将几个灯的贡献加在一起。

色调映射

你当然明白这个概念。有许多不同的方法可以进行实际的映射，从更简单/天真的color = clamp(hdrColor * exposure)到更复杂（更好）的映射。

自适应色调映射很快就会变得更加复杂。天真的方式是通过用最亮的像素潜水来简单地标准化颜色，这肯定会使得难以/不可能感知图像的较暗部分中的细节。您还可以平均亮度和钳位。或者，您可以保存最后几帧的整个直方图，并在映射中使用它们。

另一种方法是仅使用相邻像素的值来标准化每个像素，即＆＃34;局部色调映射＆＃34;。这个通常不是在实时渲染中完成的。

虽然听起来可能很复杂，但您发布的公式会产生非常好的效果，所以可以随意使用它。一旦你有一个工作实现，随时可以在这里进行实验。还有很多可用的论文：）

<强>伽玛现在，即使您不使用hdr渲染，伽马校正也很重要。但从不担心，这并不难。

最重要的是要始终了解您正在使用的色彩空间。就像没有单位的数字一样，没有色彩空间的颜色很少有意义。现在我们喜欢在着色器中使用线性（rgb）颜色空间，这意味着具有两倍rgb值的颜色应该是亮度的两倍。然而，这不是监视器的工作方式。

相机和照片编辑软件通常只是隐藏所有这些内容，只需以显示器喜欢的格式保存图片（称为sRGB）。

sRGB还有一个额外优势，那就是压缩。我们通常每个通道每像素保存8/16/32位图像。如果您将图片保存在线性空间中并且图像中有小但非常亮的点，则8/16/32位可能不够精确，无法保存图像较暗部分的亮度差异，如果再次显示它们（当然伽玛正确）细节可能会在黑暗中丢失。

您可以在许多相机和程序中更改图像保存的色彩空间，即使它有时会隐藏一些。因此，如果您告诉您的艺术家将所有图像保存在线性（rgb）色彩空间中，则根本不需要对图像进行伽马校正。由于sRGB和sRGB等大多数程序提供了更好的压缩效果，因此在sRGB中保存描述 color 的图像通常是个好主意，因此需要对其进行伽马校正。描述值/数据的图像（如法线贴图或凹凸贴图）通常保存在线性颜色空间中（如果您的法线[1.0,0.5,0.0]没有45度角，则每个人都会感到困惑;非颜色的压缩优势也是无效的。）

如果您想使用sRGB纹理，只需告诉OpenGL，它就会将它转换为线性色彩空间，而不会影响性能。

void glTexImage2D(  GLenum target,
  GLint level,
  GLint internalFormat,  // Use **GL_SRGB** here
  GLsizei width,
  GLsizei height,
  GLint border,
  GLenum format,
  GLenum type,
  const GLvoid * data);

哦，当然你必须对发送到显示器的所有内容进行伽马校正（因此从线性变为sRGB或gamma 2.2）。您可以在色调映射或其他后处理步骤中执行此操作。或者让OpenGL为你做;见glEnable(GL_FRAMEBUFFER_SRGB)

如何转换为HDR渲染器？

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