HDR y Tone Mapping

Luminancia

• Es lo que mas comúnmente llaman “brillo”.

• Medida fotométrica de la intensidad luminosa por unidad de área de luz en una dirección.

• Podemos ver desde ~10 ⁶ cd/m² hasta ~10⁸ cd/m².⁻

• Pero el rango de respuesta es bastante menor.

Dynamic Range

• La razón aritmética entre el mínimo valor posible y el máximo valor posible de una cantidad dinámica.

• Low Dynamic Range

• Formatos

• JPG, TGA, PNG, etc.

• Medios

• Monitores CRT/LCD standard, impresoras, etc.

• High Dynamic Range

• Formatos

• OpenEXR, Radiance HDR, TIFF, etc.

• Medios

• Monitores HDR

Lightmapping

* =

LDR vs HDR

Lightmap LDR Lightmap HDR

LDR vs HDR

Lightmap LDR * 0.5f Lightmap HDR * 0.5f

LDR vs HDR

Lightmap LDR * 0.25f Lightmap HDR * 0.25f

Monitor LDR

• Westinghouse LVM-37W1

• Contraste 1500:1

• Luminancia 0.50 cd/m² a 550 cd/m²

• Precio: 1550 USD

Monitor HDR

• Dolby/Brightside DR37-P

• Contraste 200000:1

• Luminancia 0 cd/m² a 4000 cd/m²

• Precio: ~45000 USD

Monitor LDR vs HDR

Monitor LDR vs HDR

Monitor LDR vs HDR

Problema

• Dinero…

• Representación de datos HDR en medios LDR

Solucion

• Tone Mapping

Operadores de Tone Mapping

• Globales

• Operan sobre cada pixel basado en un promedio para toda la imagen.

• Son los operadores mas baratos a nivel performance.

• Sumamente paralelizables.

• Locales

• Operan basados en un promedio local a cada pixel.

• Mantienen detalle local a diferencia de los operadores globales.

• Permiten una mayor compresión de rango dinámico sin tanta perdida de información.

Visión humana y tone mapping

• Los factores mas importantes son:

• La pupila.

• No es tan significante como se cree.

• Fotorreceptores:

• Conos

• Responsables por la visión fotópica (de ~10 cd/m² a ~10⁸ cd/m²).

• Responsables de la percepción de colores.

• Bastones

• Responsables por la visión escotópica (de ~10 ² ⁻cd/m² a ~10 ⁶ cd/m²)⁻ .

• No sumamente sensibles a la luz pero no a los colores.

Modelado de receptores

• Ecuación de Michaelis-Menten:

•

• es la respuesta del fotorreceptor.

• es la respuesta máxima.

• es la intensidad de la luz.

• es una constante de semisaturacion.

• es exponente para control de sensibilidad donde

• Modificando sigma es posible representar las curvas de respuesta de los conos y bastones.

Modelado de receptores

• Ecuación de Xie-Stockham:

•

•

•

• indexan al pixel que se esta evaluando.

• es el promedio de luminancia alrededor del pixel.

• Es preferible usar filtros para evitar halos alrededor de los bordes.

Modelado de receptores

• Armando el rompecabezas:

•

•

• Donde la luminancia es:

•

•

Modelado de receptores

• Ecuación de Jensen - Premoze:

•

• Es la vision mesopica con valores entre 0 y 1.

• Se utiliza para computar la respuesta final en un pixel.

Modelado de receptores

• Ecuación de Pattanaik:

•

•

• Y finalmente para aplicar al pixel final

•

Resultado

Notas de implementacion

• La iluminación debe estar en cd/m².

• Es un proceso de dos pasos

• Primero luminancia general.

• Segundo tone mapping.

• Lo mas costoso es la obtencion de la luminancia general y el filtrado de la luminancia local.

• El modelo se puede expander facilmente a modelado de adaptacion a travez del tiempo.

?Preguntas?

Gracias.

pablo@pablo-zurita.com.ar