高動態光照渲染

如上文所説的HDR，其為高動態範圍的簡稱。何為高動態範圍，在此舉例説明：

現實真正存在的亮度差，即最亮的物體亮度，和最暗的物體亮度之比為

， 而人類的眼睛所能看到的範圍是

左右，但是一般的顯示器，照相機能表示的只有256種不同的亮度。

但是我們可以多拍幾張照片，2張，3張……甚至幾十張，這些照片的曝光依次增大，很多朋友應該可以想到，隨着照片曝光的增大，照片會依次變亮，換一種角度，照片所表示的細節會由亮處向暗處改變。

根據上面的原理，如果我們將照相機拍攝的很多張圖片合成，結果圖片的數量級一般為

甚至更多。

這樣問題就出現了，

或者更高數量級的亮度只能存在電腦裏，而一般的顯示器只能表示

個亮度數量級，用256個數字來模擬

所能表示的信息，這種模擬的方法就是HDR技術核心內容之一，學名叫Tone-Mapping（色調映射） ^[1]  。用Tone-mapping壓縮以後，合成的HDR影像就能很好地在顯示器上顯示。

HDRI是High-Dynamic Range（HDR）image的縮寫，也就是高動態範圍圖像。它就是為了解決更好的存儲高動態範圍圖像這個問題而發明出來的。簡單地説，HDRI是一種亮度範圍非常廣的圖像，它比其它格式的圖像有着更大亮度的數據貯存。而且它記錄亮度的方式與傳統的圖片不同，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，而是用直接對應的方式記錄亮度信息。它可以説記錄了圖片環境中的照明信息，因此我們可以使用這種圖象來“照亮”場景。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境背景來產生反射與折射。這裏強調一下HDRI與全景圖有本質的區別，全景圖指的是包含了360度範圍場景的普通圖象，可以是JPG格式、BMP格式、TGA格式等等，屬於Low-Dynamic RangeRadiance Image，它並不帶有光照信息。

HDRI文件是一種文件，擴展名是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（動態範圍）是指一個場景的最亮和最暗部分之間的相對比值。一張HDR圖片，它記錄了遠遠超出256個級別的實際場景的亮度值，超出的部分在屏幕上是顯示不出來的。可以這樣想象：在photoshop裏打開一張從室內往窗外外拍的圖片，窗外的部分處在強烈的陽光下，曝光過度，呈現的是一片白色，沒有多少細節。你將毫無辦法，調暗只會把白色變成灰色而已，並不會呈現更多的細節。但如果同一場景是由hdr記錄的話，你減低曝光度，原來純白的部分將會呈現更多的細節。談論遊戲畫面時常説的HDR到底是什麼呢？HDR，本身是High-Dynamic Range（高動態範圍）的縮寫，這本來是一個CG概念。

計算機在表示圖象的時候是用8bit（256）級或16bit（65536）級來區分圖象的亮度的，但這區區幾百或幾萬無法再現真實自然的光照情況。HDR文件是一種特殊圖形文件格式，它的每一個像素除了普通的RGB信息，還有該點的實際亮度信息。普通的圖形文件每個象素只有0~255的灰度範圍，這實際上是不夠的。想象一下太陽的發光強度和一個純黑的物體之間的灰度範圍或者説亮度範圍的差別，遠遠超過了256個級別。因此，一張普通的白天風景圖片，看上去白雲和太陽可能都呈現是同樣的灰度/亮度，都是純白色，但實際上白雲和太陽之間實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，遠遠沒有紀錄到現實世界的實際狀況。所以，現在我們就要介紹一下高動態範圍圖像（簡稱HDRI）。HDR全稱是高動態範圍。這是一個簡單的術語，HDR圖片是使用多張不同曝光的圖片，然後再用軟件將它們組合成一張圖片。它的優勢是最終你可以得到一張無論在陰影部分還是高光部分都有細節的圖片。在正常的攝影當中，或許你只能選擇兩者之一。

HDR的最佳搭檔：OLED電視

HDR技術帶來的畫質提升是直觀可感的，即使是普通觀眾也能用肉眼辨別，因此2016年眾多廠商紛紛在電視產品上搭載HDR技術。但即便如此，卻不是所有電視產品都能成為HDR技術的“良配”。畢竟HDR技術的運用不是單一的某個環節，而是關係到畫面顯示的整個生態系統。

呈現完美的HDR需要兩個條件，第一是高對比度，第二是卓越的色彩表現力。而OLED電視與傳統的液晶顯示技術不同，它摒棄了背光源，實現了每一個像素點的有機自發光，也就意味着每一個像素點都能獨立地打開或關閉，本身具有無限對比度、廣色域、還有廣視角等優勢。因此HDR在OLED電視上可以發揮得淋漓盡致。

首先，對於HDR最重要的是對比度。液晶電視能表現的最低亮度為0.1nits，最亮為500到1000nits之間，對比度只有5000比1。如果把亮度提高兩倍到1000nits，也只能達到10000比1。而OLED能表現的最低亮度為0.0005nits（目前用亮度測量的儀器能檢測到的最低亮度），最高為500nits，大約20個檔次，對比度為100萬比1，再加上最低亮度（0.0005nit）幾乎為零。所以相當於擁有接近於無限的對比度。 ^[2]