基於物理的渲染 HDR Tone Mapping

2021-08-02 05:29:53 字數 1268 閱讀 1481

若用lω(x,y)表示畫素(x,y)的光亮度,則log平均值可表示為:

其中,n 表示畫素個數,δ 是乙個用於避免奇異值的常數。縮放後的光亮度 l(x,y) 可用如下公式表示:

其中,α 是乙個縮放引數,被稱為key value,不同的 α 值對應了不同的縮放程度,如下圖所示:

其中,上排中太陽被樹枝遮擋住,因此不包含高亮的區域,下面的則包含高光反射。左邊一列同樣是採用簡單非線性運算元(****** operator)縮放,經過觀察可以發現,下圖中的書中文字完全被高光覆蓋。由此可見,簡單的非線性運算元縮放會丟失很多細節。

**作者在經過觀察和測試之後,基於dodging-and-burning方法,提出了一種自適應的dodging-and-burning方法,下面我們將詳細說明。

自適應dodging-and-burning的特點是,找出對比度大的邊緣包圍的區域,然後對該區域進行處理。因此,作者提出利用高斯核卷積的方法來找出這些區域。對於不同的縮放係數 s,在不同的畫素點(x,y),計算高斯核函式 ri(x,y,s)與影象 l(x,y)的卷積。則卷積結果 vi(x,y,s)可表示為:

其中,ri(x,y,s)可表示為:

然後,**作者定義了乙個誤差函式,計算不同 αi 引數的卷積結果之差,來衡量影象區域性畫素的光亮度分布。則誤差函式 v 可以表示為:

通過對不同的縮放引數 s 進行計算,找出符合如下公式的引數:

其中,ϵ 是乙個閾值,sm 是對每個畫素計算出的縮放引數。當我們獲得每乙個畫素的縮放引數後,對每乙個畫素進行不同的縮放計算:

其中,左圖顯示了計算縮放引數的過程,center表示內圈高斯計算的範圍,surround表示外圈高斯計算的範圍。右圖顯示了用不同縮放引數進行縮放後的結果。通過觀察可以發下,當縮放太小時無法有效地提取出影象細節,而縮放太大時會出現黑色的artifacts。

作者資訊:

erik reinhard,著名計算機圖形學學者,目前在technicolor research and innovation做研究工作;

michael stark,計算機圖形學研究者,曾就讀於美國猶他大學;

peter shirley,著名計算機圖形學大牛,真實感渲染專家,猶他大學客座教授,nvidia首席科學家;

james ferwerda,著名計算機圖形學學者,羅徹斯特理工學院副教授。

【惟學無際】是uwa在2023年推出的全新研究型專欄,我們將為大家推薦極具實際價值的學術**,並梳理其中的研究背景、實現原理和執行方法等。內容專注於遊戲、vr和ar相關的計算機圖形學領域。正所謂問渠哪得清如許,為有源頭活水來 ,希望大家在研發的過程中不僅知其然,還能知其所以然。

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