High dynamic range rendering (HDR)

Στα τρισδιάστατα γραφικά, το High Dynamic Range Rendering είναι η μορφοποίηση των γραφικών με την χρησιμοποίηση υπολογισμών φωτισμού που συμβαίνουν σε ένα μεγάλο, δυναμικό εύρος. Αυτό επιτρέπει την διατήρηση λεπτομερειών που μπορεί να χανόταν λόγω των περιοριστικών επιπέδων αντίθεσης. Τα βιντεοπαιχνίδια επωφελούνται άμεσα από αυτήν την τεχνολογία αφού επιτρέπει πιο ρεαλιστικές σκηνές απ' ότι με τις πιο απλές τεχνικές φωτισμού που χρησιμοποιούνται.


Ένα απλό παράδειγμα:


Το πλέονεκτημα του HDR είναι ότι οι λεπτομέρειες σε εικόνες με μεγάλη αντίθεση διατηρούνται. Χωρίς την χρήση του HDR, τα σκοτεινά σημεία θα γινόταν αυτομάτως μαύρα (ως 0.0 floating point value) και τα φωτεινά σημεία θα γινόταν άσπρα (ως 1.0 floating point value).

To HDR είναι πολύ δημοφιλές, αυτή τη στιγμή, στα παιχνίδια, κυρίως στο Xbox 360 της Microsoft και στο Playstation 3 της Sony. Υπάρχουν επίσης και Simulators για το Playstation 2, το Xbox, το GameCube και τα συστήματα Amiga.

Στα βιντεοπαιχνίδια, οι τιμές των χρωμάτων υπολογίζονται πολλές φορές με πολύπλοκες πράξεις πολλαπλασιασμών και διαιρέσεων (που τις περισσότερες φορές δημιουργούνε λάθη στρογγυλοποίησης) και καλό είναι να υπάρχει η ακρίβεις μίας 16bit μεταβλητής integer ή float.

Πολλά παιχνίδια που χρησιμοποιούν αυτήν την τεχνολογία μπορούν να βρεθούνε εδώ: http://www.uvlist.net/groups/info/hdrlighting

Παράδειγμα HDRR σε συνδιασμό με OpenGL:


Αλλά βέβαια υπάρχουν και κάποια μειονεκτήματα στην χρήση αυτής της τεχνολογίας.

1) Αντί να χρησιμοποιήσεις 3 διαφορετικά στιγμιότυπα (πράγμα δύσκολο για παλιές φωτογραφίες), μπορείς να χρησιμοποιήσεις ένα και να φτιάξεις έναν χάρτη τονικότητας σε διαφορετικά σημεία οπότε αυτομάτως χαμηλώνεις και αυξάνεις την φωτεινότητα της φωτογραφίες όπου αυτό χρειάζεται (tone mapping). Αυτό βέβαια χρησιμοποιείται μόνο σε φωτογραφίες και είναι πολύ δύσκολο να χρησιμοποιηθεί σε graphics rendering και video.

2) Οποιοδήποτε αντικείμενο μετακινείται στο σκηνικό (πράγμα συνηθισμένο στα βιντεοπαιχνίδια) δημιουργεί blurness (θολούρα??) και χαλάει κάπως τα γραφικά.

3) Το ανθρώπινο μάτι μπορεί να αυτορυθμιστεί ώστε να αντιλαμβάνεται αντιθέσεις της τάξης του 1,000,000:1. Παρ' όλα αυτά, σε οποιαδήποτε στιγμή, δεν μπορεί να δεχτεί (λόγω του μεγέθους της κόρης και των χημικών αντιδράσεων που λαμβάνουν χώρα) περισσότερο από 10.000:1, μία αναλογία που πολλές οθόνες ξεπερνούν. Άρα μεγάλο μέρος της τεχνολογίας πάει χαμένο.

Και μερικά παραδείγματα HDR σε βιντεοπαιχνίδια και γραφικά:




Reference:
http://en.wikipedia.org/wiki/High_dynamic_range_rendering
http://www.gamedev.net/community/forums/topic.asp?topic_id=536942
http://www.uvlist.net/groups/info/hdrlighting
http://www.flickr.com/groups/73448529@N00/discuss/72157594572841614/
http://www.luminous-landscape.com/tutorials/hdr.shtml
http://www.youtube.com/