HDRI-карты: что это, как использовать, преимущества и недостатки HDRI

1 сообщение / 0 новое
Галя
Аватар пользователя Галя
Не в сети
Последнее посещение: 1 месяц 1 день назад
Moderator
Регистрация: 19.12.2015
Сообщения: 82
Рейтинг: 115
HDRI-карты: что это, как использовать, преимущества и недостатки HDRI

Сегодняшний гайд раскроет нюансы использования HDRI-карт, а также преимущества и недостатки HDRI в целом. Итак, начнем:

Покупка HDRI-карт

Многие люди, кажется, не понимают, что HDRI-карта — это нечто большее, чем просто красивая картинка. Мы, как правило, должны принимать решение о покупке HDRI-изображения, основываясь только лишь на предварительном знакомстве с её совсем маленькой копией (очень низкого динамического диапазона), поэтому важно знать, что именно искать и как определить карты низкого качества.

Эта статья поможет распознать высокий динамический диапазон изображения, который так часто упускают из виду не только пользователи, но и поставщики HDRI-изображений.

На что обращать внимание при покупке HDRI-карт?

Существует много сайтов, которые предлагают HDRI-карты, но лишь немногие продают действительно высококачественные карты с хорошими характеристиками. Вот небольшой обзор того, на что следует обратить внимание при выборе HDRI-изображения:

  1. Динамический диапазон. Самое главное — фактический динамический диапазон изображения. На самом деле, вся статья посвящена ему, так что мы вернемся к этому моменту чуть позже. Для начала следует рассказать о некоторых других аспектах, которые выделяют хорошее HDRI.
  2. Подходит ли изображение для рендеринга? Вы же не хотите рекламировать абсолютно новые часы на фоне пустыни. И вы уж точно не собираетесь помещать прогрессивный концепт-кар на кухонный стол. Так что задумайтесь о том, что сделает сцену именно такой, какой вы хотите её увидеть в результате рендеринга. Даже если вы не собираетесь использовать HDRI в качестве «декораций», окружение всё равно очень важно. Оно проявляется в отражении света, создавая правильное освещение. Рендеринг объектов вне их обычной среды будет выглядеть неестественно.
  3. Выбор изображений в HDRI коллекциях (или наборах). Когда вы покупаете целую коллекцию, убедитесь в том, что изображения окружений в ней неодинаковы и имеют некоторые различия. Многие коллекции включают в себя десятки карт широких пространств открытой местности. Если вид облаков с холма X ничем не отличается от вида облаков с холма Y, тогда нет никакого смысла в 15 картах одной и той же области в один и тот же день. Это правило действует и на изображения городского окружения и даже на карты обстановки внутри зданий и помещений. Пусть на вид они и отличаются, но после рендеринга разница между ними будет практически незаметна.
  4. Свет и контраст. HDRI-карта используется в рендеринге для того, чтобы придать изображению естественное освещение и отражения. Это то, чего мы добиваемся от карты: появления интересных особенностей отражения и хорошего освещения, которые способны «оживить» сцену. Поэтому убедитесь, что вы сможете предварительно посмотреть рендер сцены с использованием выбранного HDRI.

    Только так вы увидите, создаёт ли карта живое освещение и отражения. То, чего мы действительно ждём от HDRI — контраст. Контрастные элементы будут отражаться от любой поверхности, даже резины или слегка блестящего пластика. Также обратите внимание на присутствующие источники света: сколько их, какого цвета, какого размера, где они располагаются и т. д. Приведу пример HDRI-карты с большим количеством источников света и замечательным контрастом. Рядом — рендер сцены с использованием этой карты. Обратите внимание на приятное освещение и хорошее отражение!

  5. Разрешение vs резкость. Некоторые цифры могут ввести в заблуждение. Не поддавайтесь! «Выше» не всегда значит «качественней»! Если карта с высоким разрешением размыта, то от этого разрешения не будет никакого толка. При предварительном просмотре HDRI-карт, например, на Aversis, вы увидите, что изображения чёткие, даже при приближении на 100%.
  6. Качество изображения. Многие изображения создаются при помощи линзы Fisheye, поэтому на них иногда видны «швы». Так что перед покупкой обязательно обратите на это внимание. Некоторые создаются даже при помощи зеркальных округлых поверхностей, что приводит к большому количеству нежелательных эффектов, таких как пыль, царапины, неровные изогнутые линий, появление фотографа в кадре и т. д. Ниже — пример гнутых линий (слева) и пыли и дефектов поверхности (справа):
  7. Вертикальные линии. При взгляде на такое изображение иногда может показаться, что здания падают. Так происходит, потому что HDRI было плохо снято, либо некачественно «сшито». Такого рода дефекты должны быть исправлены при соединении изображений в специальном приложении, но многие просто не уделяют этому должного внимания. Приведу пример карты с вертикальными линиями, которую не исправили при обработке (заметьте и кривую линию горизонта):

Динамический диапазон HDRI-карты. Что это?

На самом деле динамический диапазон представляет собой разницу между самым тёмным и самым ярким пикселями в изображении. Например, у HDRI-карты солнечного дня должен быть очень высокий динамический диапазон, если вы, конечно, хотите, чтобы свет и отражения создавали эффект реальной действительности. Солнце здесь в высшей степени яркое, а тени — очень тёмные. На самом деле, современные камеры с натяжкой могут полностью захватить динамический диапазон солнечной сцены.

Даже при самом коротком временем выдержки и мельчайших отверстий объектива солнце всё равно будет выглядеть засвеченным пятном (а остальная часть изображения будет чёрной!). Многие HDRI-карты, которые можно найти в интернете, не отражают весь спектр динамического диапазона реальной сцены. Приведу 2 примера HDRI-карт для сравнения. Оба одинаково понижены в экспозиции:

На хорошей HDRI-карте источники света при понижении экспозиции будут оставаться яркими, в то время как все остальные пиксели будут становиться темнее. Но как вы можете заметить в нижнем ряду, уже после снижения экспозиции на два шага, солнце из ярко-белого превратилось в светло-серое...

Обратите внимание на цвета солнца на двух полосах в середине. Верхняя HDRI захватывает намного больше фактического динамического диапазона. Только после снижения экспозиции на 12 полных шагов (!!!), солнце начинает менять интенсивность. Понижение нижней HDRI на 12 шагов в результате приводит к солнцу чёрного цвета...

Что значит EV?

Динамический диапазон HDRI-карт, как правило, выражается в количестве EV («стопов»/«шагов») или числом F-stop (диафрагменным числом). EV обозначает величину экспозиции (exposure value), а 1 EV соответствует одной полной остановке света в камере. Например, изменение выдержки с 1/400s до 1/200s, соответствует повышению экспозиции на один полный стоп, или 1 EV.

Число EV напрямую не связано с количеством снимков, необходимых для создания HDRI карты. Многие камеры могут создавать изображение, используя за один снимок 1/2 стопа, или даже 1/3. При этом следует учитывать, что отсняв 12 кадров с интервалом в 1/3 стопа, вы получите всего 4 полных шага экспозиции или 4 EV! Очень важно это понимать.

Вся эта неразбериха приводит к тому, что на многих сайтах рядом с HDRI указаны совершенно случайные цифры. Получается, что мы не можем доверять этим показателям, и должны сначала открыть HDRI в Photoshop (или подобной программе), чтобы увидеть действительный динамический диапазон, с которым имеем дело.

Для оценки правдивости таких цифр, вы можете использовать следующие значения в качестве ориентира:

  1. Уличная сцена солнечного дня
    Нужно искать показатель от 10 до 13 EV. 13 EV означает, что время выдержки находилось в диапазоне от 1/4000s до 1s. В солнечной сцене время выдержки 1s при использовании малой апертуры, безусловно, приведёт к очень яркой картинке. Так что нет никакого смысла увеличивать время выдержки, иначе сцена будет полностью испорчена. Высококлассные камеры могут работать и с большим числом EV. Они способны снимать при очень короткой выдержке.
  2. Сцена внутри здания/помещения
    Здесь динамический диапазон будет даже выше. Свет внутри помещения — гораздо менее яркий, чем солнечный, и, соответственно, современные камеры смогут уловить его лучше. Значение будет в среднем равняться 17 EV, что означает, что выдержка работала в диапазоне от 1/4000s до 8s.

Некоторые даже заявляют показатель в 25 EV и более, но они либо сумасшедшие, либо явно сделали что-то неправильно. Если у карты указан более низкий диапазон, будьте уверены, что, скорее всего, это не самое высококачественное HDRI.

Динамический диапазон vs освещение и отражения

Возможно, у вас ещё остался вопрос о том, какие проблемы доставит HDRI-карта с низким динамическим диапазоном. Как уже говорилось ранее, низкий диапазон означает, что фотографу не удалось запечатлеть весь спектр света, представленный в реальной сцене. Это, конечно же, отразится на рендере и в результате приведёт к тому, что итоговое изображение не получит эффекта реального освещения.

Ниже для сравнения представлены 2 изображения. Это результаты рендеринга одной сцены с применением 2х HDRI-карт, рассмотренных ранее:

Очевидно, что изображения сильно отличаются друг от друга. Но ведь они должны выглядеть приблизительно одинаково, так как обе карты представляют изображение солнечного дня. Сразу же можно заметить три вещи:

  1. Цвет освещения
  2. Чёткость теней
  3. Степень отражения

Степень отражения

Красный материал — плохо отражающий пластик. Как вы можете видеть на картинке слева, солнце отражается в фигуре довольно чётко, так как это очень яркий источник света. Остальное окружение почти незаметно в отражении, как и должно быть. Видно и то, что небо отражается в объекте сильнее, чем деревья или трава. Это выглядит вполне реально, так как небо гораздо ярче, чем деревья и другие элементы.

На изображении справа заметно, что баланс отражения окружения в объектах нарушен. Белый дом отражается намного ярче, чем солнце. Это просто не может выглядеть реалистично.... Этот рендер похож на те, что создавались лет 10 назад. В то время, когда для отражения окружения в объектах использовали изображения с низким динамическим диапазоном.

Чёткость теней

Насколько чёткими будут тени на изображении — напрямую зависит от размера источника света. На этих HDRI-картах солнце — главный источник света. На изображении слева тени очень чёткие. Так получилось, потому что самые яркие пиксели в этом HDRI расположены на очень маленькой области.

На правой картинке солнце намного больше по размеру, а в середине солнечной «звезды» совсем нет пикселей, которые были бы ярче остальных. Таким образом, все эти пиксели сильно влияют на общее освещение. Из-за большого солнца тени мягкие и проявляются очень слабо. Они едва видны, потому что почти нет разницы в яркости между солнцем и небом. Таким образом, баланс освещения сбивается.

Цвет освещения

Нарушенный баланс освещения способствует тому, что изображение справа приобретает такой голубой оттенок. На нормальной карте солнце было бы маленьким, желтоватым и очень-очень ярким, а небо — очень большим, голубым, но менее ярким. При таких условиях небо «пытается» сделать освещение синим, но его «одолевает» очень яркий жёлтый свет солнца. Этим они сбалансируют друг друга, что приведёт к созданию изображения, где освещённые участки будут желтоватыми, а теневые зоны — немного синими.

На изображении ниже я выбрал для сравнения по одному пикселю из каждой области: освещённой солнцем и теневой. Вы можете ясно видеть, что тени — слегка синие, а освещённые участки — желтоватые.

Изучите рендер, доступный для предпросмотра

Вы легко можете определить действительный динамический диапазон HDRI-карты до приобретения. Для этого изучите изображение, созданное с помощью данной карты и предложенное для предварительного просмотра. Если это солнечная сцена, вы не должны увидеть синюю картинку со слабыми тенями. То же правило распространяется и на сцены внутри помещений. Проверьте расположение света (возможно, это будет точечное освещение или, наоборот, большое окно и т.п.) и посмотрите, совпадают ли тени и отражения.

Надеюсь, что эта статья в будущем поможет вам выявить HDR-карты плохого качества, и вы не выбросите деньги на ветер. Ещё раз напомню вам те пункты, на которые стоит обратить внимание:

  1. Динамический диапазон: изучение рендера для предпросмотра.
  2. Подходит ли карта для рендеринга?
  3. Выбор изображений в HDRI коллекциях (или наборах).
  4. Свет и контраст.
  5. Разрешение vs резкость.
  6. Качество изображения.
  7. Вертикальные линии.

Материал предоставлен сайтом aversis.be!

Вверх
Понравилось 1.