HDR究竟為何物?動(dòng)態(tài)范圍深度全面解析
談?wù)撚螒虍?huà)面時(shí)常說(shuō)的HDR到底是什么呢？HDR，本身是High-Dynamic Range（高動(dòng)態(tài)范圍）的縮寫(xiě)，這本來(lái)是一個(gè)CG概念。
計(jì)算機(jī)在表示圖象的時(shí)候是用8bit(256)級(jí)或16bit(65536)級(jí)來(lái)區(qū)分圖象的亮度的，但這區(qū)區(qū)幾百或幾萬(wàn)無(wú)法再現(xiàn)真實(shí)自然的光照情況。HDR文件是一種特殊圖形文件格式，它的每一個(gè)像素除了普通的RGB信息，還有該點(diǎn)的實(shí)際亮度信息。普通的圖形文件每個(gè)象素只有0 － 255的灰度范圍，這實(shí)際上是不夠的。想象一下太陽(yáng)的發(fā)光強(qiáng)度和一個(gè)純黑的物體之間的灰度范圍或者說(shuō)亮度范圍的差別，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了256個(gè)級(jí)別。因此，一張普通的白天風(fēng)景圖片，看上去白云和太陽(yáng)可能都呈現(xiàn)是同樣的灰度/亮度，都是純白色，但實(shí)際上白云和太陽(yáng)之間實(shí)際的亮度不可能一樣，他們之間的亮度差別是巨大的。因此，普通的圖形文件格式是很不精確的，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有紀(jì)錄到現(xiàn)實(shí)世界的實(shí)際狀況。所以，現(xiàn)在我們就要介紹一下高動(dòng)態(tài)范圍圖像（簡(jiǎn)稱HDRI）。
什么是HDRI？
HDRI是High-Dynamic Range (HDR) image的縮寫(xiě)，就是為了解決這個(gè)問(wèn)題而發(fā)明出來(lái)的，簡(jiǎn)單說(shuō)，HDRI是一種亮度范圍非常廣的圖象，它比其它格式的圖像有著更大亮度的數(shù)據(jù)貯存，而且它記錄亮度的方式與傳統(tǒng)的圖片不同，不是用非線性的方式將亮度信息壓縮到8bit或16bit的顏色空間內(nèi)，而是用直接對(duì)應(yīng)的方式記錄亮度信息，它可以說(shuō)記錄了圖片環(huán)境中的照明信息，因此我們可以使用這種圖象來(lái)“照亮”場(chǎng)景。有很多HDRI文件是以全景圖的形式提供的，我們也可以用它做環(huán)境背景來(lái)產(chǎn)生反射與折射。這里強(qiáng)調(diào)一下HDRI與全景圖有本質(zhì)的區(qū)別，全景圖指的是包含了360度范圍場(chǎng)景的普通圖象，可以是JPG格式，BMP格式，TGA格式等等，屬于Low-Dynamic Range Radiance Image，它并不帶有光照信息。
什么是HDRI文件？
HDRI文件是一種文件，擴(kuò)展名是hdr或tif格式，有足夠的能力保存光照信息，但不一定是全景圖。Dynamic Range（動(dòng)態(tài)范圍）是指一個(gè)場(chǎng)景的最亮和最暗部分之間的相對(duì)比值。一張HDR圖片，它記錄了遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出256個(gè)級(jí)別的實(shí)際場(chǎng)景的亮度值，超出的部分在屏幕上是顯示不出來(lái)的?？梢赃@樣想象：在photoshop里打開(kāi)一張從室內(nèi)往窗外外拍的圖片，窗外的部分處在強(qiáng)烈的陽(yáng)光下，曝光過(guò)度，呈現(xiàn)的是一片白色，沒(méi)有多少細(xì)節(jié)。你將毫無(wú)辦法，調(diào)暗只會(huì)把變成灰色而已，并不會(huì)呈現(xiàn)更多的細(xì)節(jié)。但如果同一場(chǎng)景是由hdr紀(jì)錄的話，你減低曝光度，原來(lái)純白的部分將會(huì)呈現(xiàn)更多的細(xì)節(jié)。
現(xiàn)在將HDR和游戲聯(lián)系起來(lái)。HDR在游戲中特指HDR特效。HDR特效是與Vertex Shader/ShaderModel/Soft shadows/Parallax Mapping等等并列的圖像渲染特效。想要實(shí)現(xiàn)HDR特效，首先，游戲開(kāi)發(fā)者要在游戲開(kāi)發(fā)過(guò)程中，利用開(kāi)發(fā)工具（就是游戲引擎）將實(shí)際場(chǎng)景用HDR記錄下來(lái)，當(dāng)然開(kāi)發(fā)技術(shù)強(qiáng)的開(kāi)發(fā)組會(huì)直接用小開(kāi)發(fā)工具（比如3D MAX的某些特效插件）創(chuàng)造HDRI圖像；其次，我們的顯卡必須支持顯示HDR特效，nVIDIA的顯卡必須是GeForce 6系列或更高，ATI顯卡至少是Radeon 9550或以上。HDR特效最早是在nVIDIA的顯卡實(shí)現(xiàn)的，但是ATI的SMARTSHADER技術(shù)也包含HDR技術(shù)。
HDR特效是什么樣子的？
目前將HDR特效表現(xiàn)的比較完美的游戲之一是育碧的《細(xì)胞分裂：混沌法則》，大家先請(qǐng)看《細(xì)胞分裂3》高低端顯卡特效對(duì)比，文章里面右面的圖都是開(kāi)啟了HDR特效的畫(huà)面，比如下面兩張畫(huà)面：
ShaderModel 1.1
ShaderModel 3.0/HDR/Soft shadows/Parallax Mapping
本文寫(xiě)成之時(shí)，《細(xì)胞分裂：混沌法則》還沒(méi)有上市，因此現(xiàn)在先介紹一下04年的兩款大作《DOOM3》和《半條命2》的HDR效果：
《半條命2》打上HDR Mod之后的效果
《DOOM3》開(kāi)啟和未開(kāi)啟HDR效果的比較
《DOOM3》開(kāi)啟和未開(kāi)啟HDR效果的比較
《孤島驚魂》開(kāi)啟HDR特效之后的畫(huà)面
《手足兄弟連：進(jìn)軍30高地》開(kāi)啟HDR之后的畫(huà)面
實(shí)現(xiàn)HDR效果并不復(fù)雜，但是如果想正常實(shí)現(xiàn)的話，你必須有GeForce 6系列或更高的nVIDIA顯卡，至少是Radeon 9550或以上的ATI顯卡。另外CPU和內(nèi)存都要夠勁，CPU至少在奔騰4 2.8G以上。必須安裝DirectX 9.0c。盡量安裝最適合自己顯卡的驅(qū)動(dòng)程序。
注意：根據(jù)目前的資料，只有《孤島驚魂》和《手足兄弟連》的HDR特效是真正的，其他的游戲的所謂HDR特效只是仿真的。下文不再?gòu)?qiáng)調(diào)全真和仿真。
1，DOOM3
首先介紹《DOOM3》如何實(shí)現(xiàn)模擬HDR特效。有國(guó)外的玩家專門(mén)針對(duì)ATI顯卡制作了一個(gè)HDR特效小工具“pssControl2”，這個(gè)工具由于開(kāi)發(fā)較早，不保證對(duì)現(xiàn)在的ATI顯卡和現(xiàn)在的催化劑驅(qū)動(dòng)都適用。pssControl2需要配合HDR的pss效果包來(lái)運(yùn)行。
雙擊pssControl2.exe執(zhí)行文件，點(diǎn)擊“Browse”，選擇pss效果包的“HDRish.pss”，不關(guān)閉窗口的前提下，運(yùn)行《DOOM3》即可。如果需要恢復(fù)，則點(diǎn)擊“Turn off SMARTSHADER”并關(guān)閉pssControl2即可。
2，孤島驚魂
《孤島驚魂》必須安裝v1.3版或者v1.31版升級(jí)補(bǔ)丁，首先在顯示屬性的高級(jí)屬性中將所有顯卡設(shè)定調(diào)至最高，關(guān)閉抗鋸齒（也就是關(guān)閉3D平滑處理，因?yàn)閚VIDIA的GeForce 6800系列硬件無(wú)法支持多重取樣下的16位精度的浮點(diǎn)渲染目標(biāo)，不過(guò)事實(shí)上開(kāi)啟抗鋸齒也可以運(yùn)行），開(kāi)啟《孤島驚魂》，在控制臺(tái)中鍵入：
r_hdrrendering 7
也可以在游戲快捷方式命令后加上：
-DEVMODE "r_hdrrendering 7"
這串的最前面要加一個(gè)空格，也就是類似 "d:\\FarCry.exe -DEVMODE "r_hdrrendering 1" 這樣就可以開(kāi)啟《孤島驚魂》的HDR特效。
上面命令行中的數(shù)字 7 可以改成 0、1、10、20等數(shù)字，都有不同的表現(xiàn)度，大家可以試試。
3，半條命2
作為04年的以畫(huà)面而出眾的大作，《半條命2》開(kāi)啟HDR特效足以令玩家將《半條命2》重玩一遍。利用Radi-8工作室開(kāi)發(fā)的一個(gè)Mini-Mod就可以實(shí)現(xiàn)《半條命2》模擬的HDR特效，顯卡也不一定要GeForce 6系列。方法也很簡(jiǎn)單，下載HL2 R8 HDR Bloom Mini-mod，之后就是安裝過(guò)程，如果你安裝《半條命2》之后沒(méi)有重裝系統(tǒng)，那么該MOD會(huì)自動(dòng)搜索安裝目錄，關(guān)掉Steam重新啟動(dòng)，這時(shí)該MOD就會(huì)出現(xiàn)在第三方游戲列表中。接下來(lái)的工作就不介紹了。
命令行：
mat_R8Bloom (默認(rèn): 1) : 0=關(guān)閉效果, 1=默認(rèn)設(shè)置, 2=讓光暈效果模糊一些
mat_R8BloomLvl (默認(rèn): 0.55) : 控制光暈的亮度
mat_R8BloomGamma (默認(rèn): 0.75) :控制游戲的總體gamma值（當(dāng)啟用效果時(shí)），值越低越亮。
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