Flamingo nXt

easy rendering for Rhino in Windows

Che cos'è un'HDRI?

Questa pagina spiega la tecnica dell'HDRI (High Dynamic Range Imaging) e come essa viene usata in Flamingo nXt. EN  DE  ES  FR  IT TW

Breve storia del colore nella computer grafica:

Tutti conosciamo le fotografie digitali, i rendering ed altre immagini d'uso quotidiano. Questi file vengono salvati nei formati JPEG, BMP, TGA e PNG. Classificati come formati bitmap, queste immagini contengono 24 bit per pixel (24bpp) e memorizzano il colore di 1 pixel mescolando tre canali di colore: Rosso, Verde e Blu. Ciascun canale può contenere un valore tra 0 - 255. Ciò significa che le bitmap possono supportare 16.777.216 colori diversi mescolando i 3 colori. Anche la maggior parte dei monitor mescola il colore usando il rosso, il verde ed il blu. Anche se 16 milioni di colori possono sembrare moltissimi, si tratta di un numero molto ridotto se lo paragoniamo al numero di colori che siamo in grado di percepire. Le bitmap possono considerarsi un formato a bassa
gamma dinamica.

Percepiamo la luce degli ambienti in cui ci troviamo non solo attraverso il colore, ma anche tramite l'intensità e la lunghezza d'onda della luce. Tutti i dispositivi che usiamo per visualizzare un'immagine (stampanti, monitor, fotografie) mostrano solo una piccola parte della luce e del colore che siamo in grado di percepire. Anche le stampanti, i monitor e le fotografie sono quindi a bassa gamma dinamica.

Lo stesso vale per molte delle tecnologie di rendering meno recenti che usano lo spazio dei colori RGB per effettuare i calcoli. Anch'esse considerate a bassa gamma dinamica, bloccano tutti i valori all'interno dei 16 milioni di colori dello spazio RGB.

Che cosa rende speciale l'HDRI?

L'HDRI usa una gamma dinamica di colori e valori molto più alta rispetto ai formati bitmap tradizionali. Anziché codificare i colori come il monitor di un computer (usando 24 bit per ciascun pixel), l'HDRI funziona su base tricromatica come l'occhio umano ed ha la sensibilità spettrale dell'occhio umano, memorizzando i valori di luminanza reali di ciascun pixel. Le immagini HDR non memorizzano quindi solo il colore, ma anche l'intensità e la luminosità della luce in corrispondenza di cuascun punto della mappa. L'intervallo di colori e di luce che questo formato può contenere è molto maggiore rispetto alla scala RGB usata nella computer grafica tradizionale. nXt usa i valori HDRI durante tutto il processo di rendering, per cui rientra tra i programmi che supportano il rendering ad alta gamma dinamica (HDR) (High Dynamic Range Rendering).

Nell'HDRI, ciascun canale contiene dei valori più accurati. Per esempio, se osserviamo una lampadina da 60 watt, essa appare bianca. Se invece osserviamo il sole, anch'esso sarà bianco, ma 10.000 volte più luminoso. Se osserviamo una stella, anch'essa sarà bianca, ma per esempio 1.000 volte meno luminosa rispetto alla lampadina. Nel modello RGB, il bianco è bianco, mentre nell'HDRI si può catturare la quantità reale di luce proveniente da ciascuna sorgente luminosa.

Come vengono usate le immagini HDR in NXT?

Uno degli usi più comuni dell'HDRI in nXt è per l'illuminazione di un ambiente. Se si usa la tecnologia HDR per un intero ambiente, le HDRI si possono usare per catturare la quantità di luce e la direzione della luce in una scena. Le HDRI formattate come ambienti di illuminazione vengono denominate lightprobe ed in genere vengono salvate nei formati .HDR o .EXR. nXt può avvolgere queste lightprobe attorno ad un ambiente e campionare la scena per i valori di illuminazione. Usate in questo modo, le lightprobe HDRI forniscono illuminazione ad una scena.

 

Come si può notare, non viene renderizzata solo la luce proveniente dall'HDR, ma nella scena appaiono anche i riflessi degli oggetti che si trovano nella lightprobe.

Gli ambienti HDRI hanno due possibili rapporto d'aspetto: proiezione equirettangolare e proiezione sferica. Gli ambienti HDRI equirettangolari hanno un rapporto di aspetto di 1:2:

Gli ambienti HDRI sferici hanno un rapporto di aspetto quadrato.

Entrambi avvolgono completamente la scena. Entrambi i layout hanno gli stessi dati.

 

Gli ambienti HDRI si possono attingere da molte fonti. Si selezionino di volta i volta gli ambienti che più si addicono ai propri rendering. Andare alla pagina degli ambienti HDRI per visionare ulteriori ambienti.

Come selezionare un'HDRI

In Flamingo nXt, gli ambienti HDRI si selezionano cliccando sull'immagine HDR della scheda Cielo:

 

Per gli HDRI, ci sono vari aspetti da considerare. In che modo illumineranno la scena? Come verranno riflessi i loro colori sugli oggetti? Di seguito, possiamo vedere come tre ambienti HDRI diversi influiscono sulla scena.

 

 

 

Un ambiente HDRI con un lato scuro e l'altro luminoso (come nel caso di questo ambiente che ritrae la riva di un laghetto) proietterà ombre più scure e genererà dei riflessi sia scuri che chiari, a seconda della zona.

Questo HDRI, con il suo cielo relativamente terso, proietterà delle ombre molto morbide. La riflessione, basandosi sui riflessi del cielo azzurro, sarà piuttosto azzurra.

 

Questo interno genera un'illuminazione più soffusa, con riflessi grigi neutri.

Selezionare gli HDRI più adeguati ai propri rendering è piuttosto importante. In genere si lavora con una selezione di 3 o 4 ambienti preferiti.

Mappatura dei toni

Gli HDRI presentano un problema. Tutti gli HDRI sono ad alta gamma dinamica, mentre tutti i metodi di visualizzazione usati per visionarli sono a bassa gamma dinamica. Non è possibile visualizzare direttamente le informazioni memorizzate in un'immagine HDR. I monitor non hanno l'intervallo appropriato, le stampanti non hanno abbastanza colori. Quindi, per poter vedere un'immagine HDR su qualsiasi dispositivo, occorre in qualche modo effettuare una conversione da alta a bassa gamma dinamica. Tale conversione viene effettuata tramite un algoritmo denominato Tone Operator (algoritmo di mappatura dei toni). Ovviamente, passando da una gamma dinamica alta ad una gamma più bassa, alcune informazioni verranno perse con la compressione.

L'algoritmo di mappatura dei toni non cambia la quantità reale di luce nella scena, ma cambia il modo in cui la scena viene esposta o compressa essere riportata sullo schermo. Prendiamo, per esempio, questo HDRI:

 

Cambiando semplicemente i valori di input per l'algoritmo tone operator, sono possibili le seguenti immagini:

 

 

In nXt, è possibile controllare in che modo l'algoritmo di mappatura dei toni comprime un'immagine HDR per riportarla sullo schermo, o per salvarla in un formato bitmap standard. I controlli per farlo si trovano nel pannello "Regola immagine" della finestra di rendering. È possibile controllare la luminosità, la sovraesposizione e la saturazione dell'immagine finale. Per ulteriori informazioni sull'algoritmo di mappatura dei toni, si veda l'articolo Regolazione delle immagini ...

Capire bene come usare i controlli per la mappatura dei toni può fare la differenza per quanto riguarda la qualità dei rendering. Le immagini qui sotto hanno la stessa illuminazione; è cambiata solo l'esposizione della scena.

 

Note aggiuntive:

nXt presuppone che le immagini HDR contengano valori di radianza espressi in watt. Tutte le immagini HDR disponibili sul nostro sito sono state generate in questo modo, se non diversamente specificato. Tuttavia, ciò spesso non è il caso delle immagini HDR provenienti da altre fonti. In molte immagini HDR, le unità non sono calibrate rispetto alle unità del mondo reale. Per poter ottenere dei corretti livelli di illuminazione, è possibile che l'intensità di queste immagini HDR abbia bisogno di essere regolata.

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