Flamingo nXt

easy rendering for Rhino in Windows

HDRI是什麼?

這頁內容能協助使用者了解HDRI (High Dynamic Range Imaging) 以及HDRI如何在Flamingo nXt運作。 EN  DE  ES  FR  IT TW

色彩與計算簡介:

我們對數位照片、彩現圖片以及其它每天都會接觸到的一般圖片都非常熟悉,這類圖片大多儲存為JPEG、BMP、TGA或是PNG格式,以點陣圖的分類來說,這些圖片格式的每個像素(pixel)只能保留24-bit的色彩能力,因此從單一像素的三原色(紅、藍、綠)來看,每個原色的通道便是8-bit,所以只能表現0-255個色階,混合三個色彩通道後便可以得到16,777,216色。對同樣以紅、藍、綠做為顯示色彩單位的電腦螢幕來說,16,777,216種色彩數量看似相當多,仍只能描述我們從真實世界感知到的色彩相當窄的範圍而已,這樣的24-bit圖片被視為低動態範圍圖片(Low Dynamic Range Imaging)。

我們從真實世界感知到的光線並不是只有顏色,還有光線的強度以及不同的波長,所有用來顯示圖片的裝置(印表機、螢幕、照片等)也都無法完整地顯示整個光譜範圍的強度與顏色,這些裝置都只能顯示低動態範圍圖片。

此外,許多舊式的彩現軟體都是以這種技術計算色彩空間較窄的圖片因此只能保留24-bit範圍內的16,777,216色彩,所有超過這個範圍的顏色都會被去除掉。


HDRI有什麼特別?

HDRI擁有比傳統低動態範圍圖片更高的色彩詮釋能力,與傳統24-bit色彩的圖片相比,HDRI不僅能保留三原色組合出的所有顏色、還能記錄光線的真實強度。Flamingo nXt是一套能讀取並計算HDRI圖片的高階彩現軟體,此技術一般稱為高動態範圍彩現(High Dynamic Range Rendering)。

在HDRI圖片中,每個色彩通道能保留更多、更精確的色彩數值,例如以肉眼觀看一盞60W的燈泡時,看到的顏色會是白色,但是以肉眼觀看太陽時,看到的顏色也會是白色,但是太陽的亮度比燈泡要亮百萬倍;同樣地,以肉眼觀看星星時,看到的顏色也會是白色,但是這個白色卻要比燈泡微弱百萬倍。在RGB的圖片中,白色就只是白色,但是在HDRI圖片中,同樣的白色,範圍卻可以是從星星微弱的白、一直到像太陽那樣的白色,就是因為HDRI能完整地記錄光線的強度。


nXt如何使用HDRI?

最常見的用法是將HDRI視為環境光源,由於HDRI能記錄被拍攝圖片所在地點的光源位置與強度,所以非常適合將HDRI技術用於模擬環境光源。HDRI圖片多半是以拍攝一高反射的金屬圓球(lightprobes) 上的環境反射後儲存為.HDR或是.EXR檔案格式,nXt可以展開圓球上的環境反射並取回光線數據資料,就能將這些光線數據轉為光源了。除此之外,nXt也能將HDRI當做場景的背景圖使用。

從這張圖你不僅能看到從HDRI取回的光線彩現後的圖片,也能看到圓球上反射的HDRI背景圖片。


一般HDRI圖片有兩種型式:方形與圓形。方形HDRI圖片的寬高比例皆為2:1:

 

而圓形的寬高比例為1:1:



兩者都可以展開後圍繞整個模型場景,這兩種型式的資料都是相同的。

HDRI圖片的來源有很多,使用者可以依據需求選擇適合的環境圖片, HDRI Environments page 就有許多可以挑選。


如何選用HDRI圖片?

在Flamingo nXt,進入Flamingo nXt的燈光頁,選擇下方的Sky頁,在圖框上點擊後就可以選擇HDRI圖片進來:






這裡有幾項使用HDRI時必須注意的特色:HDRI如何照亮場景?HDRI如何被物件反射?以下是在相同的場景下使用三張不同的HDRI得到的結果。

第一張是一邊較亮、另一邊較暗的HDRI圖片,這會讓場景中的物件產生較明顯的亮度與陰影,也會得到對比較高的反射效果。





第二張HDRI是在山谷拍攝的清澈天空,平均的亮度所產生的陰影看起來較柔和,大面積的天空也會讓物件得到比較偏藍的反射。




第三張是從室內拍攝的HDRI圖片,陰影比起上一張稍微明顯一些,反射效果則是接近灰色。

選擇適合你場景使用的HDRI圖片是非常重要的,一般建議可以多準備幾張做為常用的HDRI。


色調對應(Tone Mapping)

如果你仍有疑慮,這裡還有一個關於HDRI的顯示方式你必須弄清楚,所有HDRI都是高動態範圍圖片,而我們所使用的裝置都只能顯示低動態範圍的圖片,所以無法直接顯示HDRI的所有資料。螢幕能顯示的亮度範圍有限、印表機也無法印出所有的色彩,因此要在任何裝置內顯示HDRI,只能將HDRI轉換成低動態範圍的圖片,這個轉換機制稱為色調轉換器(Tone Operator),HDRI經過轉換後的低動態範圍圖片會失去一些資料,圖片也會被壓縮。

轉換後的圖片並不會失去原來該有的光線數量,但是只能擷取高動態範圍圖片的某個區域,請參考這個例子:



透過色調轉換器改變,可以得到以下幾個不同的動態範圍:

 

在Flamingo nXt中,你也可以透過色調轉換器改變彩現圖片的動態範圍,然後儲存成標準格式的點陣圖。使用者可以透過彩現視窗中的調整選項來控制彩現圖片的亮度、加亮以及飽和度,詳細說明請參考影像調整 ...

瞭解色調轉換器的運作是如何改變彩現圖片的品質後,就能對左下方這張圖片適當調整曝光後,得到如右下方這樣的最終彩現圖片。

 

更多註解:

Flamingo nXt能從HDRI圖片解析出該圖片亮度的真實瓦數(Watt),所有由我們網站提供的HDRI圖片都擁有這個特點,但是這並不表示你從其它網站下載的HDRI圖片也能符合真實的燈光單位,使用者仍必須自行調整HDRI的強度以符合預期的亮度值。

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