Images HDR Et Rendu HDR - Nemodus.info

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Images HDR et rendu HDRBenoit PaissardOlivier Ponsonnet

Images HDR et rendu HDR Images HDRDéfinitions Principes Comparaison avec les images classiques Construction des images HDR Logiciels Formats. Rendu HDRHistorique Utilisation des images HDR pour le rendu 3D Intérêt du rendu HDR Limitations Solutions pour l'affichage.

Images High Dynamic RangeTraduction : Images à grande gamme dynamique

Images High Dynamic RangeTraduction : Images à grande gamme dynamiqueDynamique d'une image : étendue de la gamme de couleurs ou deniveaux de gris que peuvent prendre les pixels.

Images High Dynamic RangeImage HDR : étendue dynamique plus grande que celle qui peutêtre affichée par un écran standard d'ordinateur, qui peut êtrecapturée par un appareil photo standard en une seuleexposition.

Images High Dynamic RangeImage HDR : étendue dynamique plus grande que celle qui peutêtre affichée par un écran standard d'ordinateur, qui peut êtrecapturée par un appareil photo standard en une seuleexposition.Valeurs des pixels proportionelles à la quantité de lumière dansle monde réel correspondant à ces pixels.

PrincipesPrincipe : constatation que l'oeil humain s'adapte à laluminosité ambiante.La gamme de couleur perçue varie en fonction del'environnement.

PrincipesPrincipe : constatation que l'oeil humain s'adapte à laluminosité ambiante.La gamme de couleur perçue varie en fonction del'environnement.Historiquement : Paul Debevec 1998.

Comparaison avec les imagesclassiquesMonde réel :Luminosité : 10-6 à 106 cd/m² Dans une scène, 1 : 100 000.

Comparaison avec les imagesclassiquesImage classique:Typiquement, ratio 1 : 50 (le noir est 50 fois plus foncéque le blanc) Max 1 : 500.

Comparaison avec les imagesclassiquesCe que l'on fait habituellement :

Comparaison avec les imagesclassiquesProblèmes : On ne préserve pas vraiment les détails (compression).On ne peut pas avoir à la fois : Des objets très lumineux Des objets très sombres Voir les détails dans les deux cas.On ne peut pas éclaircir ou assombrir réellement uneimage.

Comparaison avec les imagesclassiquesTypiquement :

Comparaison avec les imagesclassiquesImages HDRImages Classiques

Comparaison avec les imagesclassiquesImages HDR Codées sur 16-32 bits par canalImages Classiques

Comparaison avec les imagesclassiquesImages HDR Codées sur 16-32 bits par canalImages Classiques Codées sur 8 bits par canal

Comparaison avec les imagesclassiquesImages HDR Codées sur 16-32 bits par canal Codage en valeurs flottantesImages Classiques Codées sur 8 bits par canal

Comparaison avec les imagesclassiquesImages HDRImages Classiques Codées sur 16-32 bits par canal Codées sur 8 bits par canal Codage en valeurs flottantes Codage en valeurs entières

Comparaison avec les imagesclassiquesImages HDRImages Classiques Codées sur 16-32 bits par canal Codées sur 8 bits par canal Codage en valeurs flottantes Codage en valeurs entièresInformations correspondantes auxvaleurs réelles de luminance.

Comparaison avec les imagesclassiquesImages HDRImages Classiques Codées sur 16-32 bits par canal Codées sur 8 bits par canal Codage en valeurs flottantes Codage en valeurs entièresInformations correspondantes aux Informations correspondantesvaleurs réelles de luminance.aux couleurs à afficher à l'écranou sur le papier photo.

Comparaison avec les imagesclassiquesExempleLuminance normale:Après assombrissement:

Comparaison avec les imagesclassiquesExemple : Aucune opération.Image 8bitsImage HDR

Comparaison avec les imagesclassiquesExemple : Assombrie à 1/64è de la luminosité originale.Image 8bitsImage HDR

Comparaison avec les imagesclassiquesExemple : Eclaircie à 32 fois la luminosité originale.Image 8bitsImage HDR

Images High Dynamic RangeConstruction des HDRI

Images High Dynamic RangeConstruction des HDRI Photographies à plusieurs temps d'exposition1/125 sec1/50 sec1/20 sec

Images High Dynamic RangeConstruction des HDRI Photographies à plusieurs temps d'exposition

Images High Dynamic RangeConstruction des HDRI Photographies à plusieurs temps d'exposition

Images High Dynamic RangeConstruction des HDRI Photographies à plusieurs temps d'exposition

Images High Dynamic RangeConstruction des HDRI Photographies à plusieurs temps d'exposition Objectifs / appareils-photo HDR

Images High Dynamic RangeConstruction des HDRI Photographies à plusieurs temps d'exposition Objectifs / appareils-photo HDR

Images High Dynamic RangeConstruction des HDRI Photographies à plusieurs temps d'exposition Objectifs / appareils-photo HDR Images de synthèse

Images High Dynamic RangeLogiciels HDRShop : Windows, gratuit pour utilisation non comerciale. RADIANCE : Unix, MacOS X, gratuit, Open Source. Desktop RADIANCE : Windows, gratuit, propriétaire. Photosphere : MacOS X

Images High Dynamic RangeFormats

Images High Dynamic RangeFormatsOpenEXR : developpé par Industrial Light & Magic(ILM), 16 (voire 32) bits par canal (signe : 1, exposant : 5,mantisse : 10). cf Harry Potter, MIB II .

Images High Dynamic RangeFormatsOpenEXR : developpé par Industrial Light & Magic(ILM), 16 (voire 32) bits par canal (signe : 1, exposant : 5,mantisse : 10). cf Harry Potter, MIB II . Radiance RGBe : 8 bits par canal exposant (8 bits)

Images High Dynamic RangeFormatsOpenEXR : developpé par Industrial Light & Magic(ILM), 16 (voire 32) bits par canal (signe : 1, exposant : 5,mantisse : 10). cf Harry Potter, MIB II . Radiance RGBe : 8 bits par canal exposant (8 bits)33 bits Log : développé par Pixar, car besoin de HDRdans les films. 11 bits par canal

Images High Dynamic RangeFormatsOpenEXR : developpé par Industrial Light & Magic(ILM), 16 (voire 32) bits par canal (signe : 1, exposant : 5,mantisse : 10). cf Harry Potter, MIB II . Radiance RGBe : 8 bits par canal exposant (8 bits)33 bits Log : développé par Pixar, car besoin de HDRdans les films. 11 bits par canal LogLuv TIFF : développé par SGI pour correspondre ala vision humaine. 24 bits par canal (L : 10, u : 7, v : 7).

Images High Dynamic RangeFormatsOpenEXR : developpé par Industrial Light & Magic(ILM), 16 (voire 32) bits par canal (signe : 1, exposant : 5,mantisse : 10). cf Harry Potter, MIB II . Radiance RGBe : 8 bits par canal exposant (8 bits)33 bits Log : développé par Pixar, car besoin de HDRdans les films. 11 bits par canal LogLuv TIFF : développé par SGI pour correspondre ala vision humaine. 24 bits par canal (L : 10, u : 7, v : 7). Portable FloatMap : 32 bits par canal (signe : 1,exposant : 8, mantisse : 23)

HDR rendering : historiquePrécalculé : supporté depuis l'apparition des HDRIpar les principaux moteurs de rendu.

HDR rendering : historiquePrécalculé : supporté par les principaux moteurs derendu depuis l'apparition des HDRI. Temps-réel : supporté par les cartes graphiquesdepuis 2004 ( nVidia Geforce 6800 et Ati X800).

Cartes graphiques supportant lerendu HDR ATi : Radeon X300, X500, X550, X600, X700,X800, X850, X1300, X1600, & X1800.

Cartes graphiques supportant lerendu HDR ATi : Radeon X300, X500, X550, X600, X700,X800, X850, X1300, X1600, & X1800.nVidia : GeForce 6100, 6200, 6500, 6600, 6800, &7800; Quadro FX¹ 4000, 4400, & 4500.

Cartes graphiques supportant lerendu HDR ATi : Radeon X300, X500, X550, X600, X700,X800, X850, X1300, X1600, & X1800.nVidia : GeForce 6100, 6200, 6500, 6600, 6800, &7800; Quadro FX¹ 4000, 4400, & 4500.XGI: Volari 8300.

Utilisation des HDRI pour lerendu d'images 3D: Utilisation d'une image HDR comme mapd'environnement. But : obtenir des reflexions plus réalistes qu'avec unenvironnement LDR

Utilisation des HDRI pour lerendu d'images 3D: Utilisation d'une image HDR comme mapd'environnement. But : obtenir des reflexions plus réalistes qu'avec unenvironnement LDREclairement basé sur une image HDR (HDRI basedlighting), reproduction d'éclairage réel.

Utilisation des HDRI pour lerendu d'images 3D: Utilisation d'une image HDR comme mapd'environnement. But : obtenir des reflexions plus réalistes qu'avec unenvironnement LDREclairement basé sur une image HDR (HDRI basedlighting), reproduction d'éclairage réel.Sortie du rendu en HDR Nombreux post-traitements possibles.

Environnement HDR (1/4)Une image HDR sphérique permet de sauvegardertrès précisément l'environnement lumineux quesubit un point précis de l'espace :

Environnement HDR (1/4)Une image HDR sphérique permet de sauvegardertrès précisément l'environnement lumineux quesubit un point précis de l'espace : l'influence de chaque élément du décor estenregistrée à sa juste valeur (soleil, lampes,décor de couleur.)

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Environnement HDR (3/4)Illumniation basée sur une image HDRHDRLDR

Environnement HDR (3/4)Illumniation basée sur une image HDRHDRLDR

Environnement HDR (4/4)Exemple :

Environnement HDR (4/4)Exemple :

Interet du rendu en HDR Même intêret qu'en photographie : sélection de l'exposition de la scène après le rendu etcompression de la dynamique

Interet du rendu en HDR Même intêret qu'en photographie : sélection de l'exposition de la scène mais ce après le renduet compression de la dynamique.Mais aussi au niveau du post-traitement : Bloom/glareMotion blurFondu plus réaliste.

Post taitements (1/2)Effet de bloom :un point lumineux de très forte intensité produit un effetde luisance pouvant se propager sur des régions voisines.

Post taitements (1/2)Effet de bloom :un point lumineux de très forte intensité produit un effetde luisance pouvant se propager sur des régions voisines.Exemple :

Post taitements (2/2)Motion blur réaliste :Original

Post taitements (2/2)Motion blur réaliste :OriginalLDRI

Post taitements (2/2)Motion blur réaliste :OriginalHDRILDRI

Post taitements (2/2)Motion blur réaliste :OriginalLDRIHDRIMotion blur réel

LimitationsLa plupart des moniteurs standards ne peuvent pasafficher un contraste suffisant pour reproduirefidèlement une image HDR LCD : contraste de 300:1 à 1000:1 Plasmas : 10000:1

LimitationsLa plupart des moniteurs standards ne peuvent pasafficher un contraste suffisant pour reproduirefidèlement une image HDR LCD : contraste de 300:1 à 1000:1 Plasmas : 10000:1De plus ces moniteurs ne peuvent afficher que descouleurs en 8 bits.

Solution (1/2) : Ecran HDRExemple:3000 cd/m² contraste 200 000:1 couleurs 16 bits

Solution (2/2) : Tone MappingLes algorithmes de tone-mapping ont pour but decompresser la dynamique de l'image en s'appuyantsur les propriétés de perception de l'oeil.nombreux algorithmes existent qualité des résultats très variable

Solution (2/2) : Tone MappingExemple :

Solution (2/2) : Tone MappingRésultats obtenusavec différentsalgorithmes :

Solution (2/2) : Tone Mapping Exemple de tone mapping dynamique entemps-réel : vidéo de Half-Life 2

Images HDR et rendu HDR Images HDR Rendu HDR Définitions Principes Comparaison avec les images classiques Construction des images HDR Logiciels Formats. Historique Utilisation des images HDR pour le rendu 3D Intérêt du rendu HDR Limitations Solutions pour l'affichage.

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