色调映射

对于计算机图形来说，色调映射只是在一定范围内调整对比度。操纵的原因可以从严格的美学到纯粹的技术。与之相关的色调映射Modo通常用于压缩渲染图像中的动态范围；动态范围是最亮值和最暗值之间的比率。

让我们花点时间提出一个示例来说明动态范围。如果您环顾周围的世界，则有些区域可能非常明亮，例如可以欣赏到天空的窗户，而某些区域很暗，可能在您的桌子下面。在任何场景中最暗区域到最亮区域之间的值的总范围称为动态范围。

尽管您的眼睛能够适当调整以查看两个区域的细节，但是大多数图像捕获和显示设备却无法。如果您拍摄的该场景的照片具有在桌子下方的窗口和阴影区域都可见，则可以针对桌子下方的区域进行曝光（对窗口可见的任何细节都进行过度曝光），或者对窗口进行曝光，从而使曝光不足阴影区域，使黑色完全消失。即使捕获设备可以捕获整个可能的范围，查看它的任何方式也无法正确显示它。在计算机显示器上观看或在书本上印刷时，太阳照不会像真实的太阳一样刺痛您的眼睛。

让我们从基于图像的照明话题。捕获场景的各种曝光并进行组合，以生成新图像，该图像近似于场景中的总照明度（从明到暗的整个动态范围）。

天空暴露（-2 EV）		默认曝光（0 EV）		前景曝光（+2 EV）

创建HDR映像后，所有这些额外信息仍将以某种方式隐藏，直到您告诉系统如何正确显示它为止。这就是色调映射的用处。大多数现代显示器都基于极大地限制可见动态范围的技术。与上面的曝光示例一样，该范围之外的区域将被简单裁剪或切除。考虑这些直方图（亮度值的图表）；正常的全范围HDR只能在任何时间显示选定范围的值，从而产生与上述原始曝光相似的效果。

色调映射可以将图像的总动态范围压缩为屏幕上可见的范围。这是上述图像色调序列与压缩直方图示例的组合的简单示例。

不幸的是，这不是一个简单的按钮过程，因为色调映射的结果高度依赖于图像。每个图像的反应都不同；有些变得太暗和/或太亮，而另一些则显得暗淡和灰色。Modo提供了可以帮助解决这些问题的各种功能。希望您现在对动态范围有了更好的了解，让我们对其进行访问。

Modo以完整的浮点精度格式呈现。这听起来非常技术性，但真正的含义是渲染引擎使用它生成的值非常精确，包括从场景中捕获整个亮度范围，生成的HDR图像的准确度要比多次摄影曝光所产生的准确度高得多。除其他优点外，这为您提供了许多操纵音调的余地，避免了典型的低动态范围图像处理的任何常见缺点，例如因后期处理而产生的条纹。更重要的是，这些更改都是非破坏性的，这意味着您可以进行调整而不会影响扩展的信息量（假设级别不是Clamped）。

让我们考虑上面的示例，该示例使用默认设置未固定的“物理天空”功能进行渲染。该图像是一个小室内房间，带有一个朝外的窗户，但是在此渲染中很难看到沙发外的任何东西。它看起来很脏，看起来完全无法使用，但是我们想要的细节隐藏在那些过亮的像素中。

首先要考虑的是White Level，特别是将像素设置为图像中的纯白色，从而产生类似于相机中曝光功能的结果。较低的值似乎曝光过度，尽管增大的值不会使阴影区域曝光不足。在下面，提高白电平值越来越多地揭示了窗户和房间后部的细节，但是，随着其他像素的相应调整，它具有使中间色调值变暗的不幸副作用。可以使用Gamma进行调整。

白色等级2.0		白色等级4.0		白色等级6.0		白色8.0级

伽玛功能可调整色调的分布，将中间色调值修改到比图像中最亮和最暗值大得多的程度。增大伽玛曲线（通过提高该值），可以看到它使那些中间色调变亮，同时保留了较早的白电平调整所产生的最暗的阴影和最亮的区域。

伽玛2.2		伽玛3.0		伽玛3.8		伽玛4.6

现在，如果我们快速返回到上面的默认渲染，我们可以看到仅添加了Tone Mapping设置为原始渲染。当设置为100％时，此功能会将未钳位渲染的整个动态范围压缩到在监视器上可见的相同有限范围内，从而揭示出窗口和房间后部的百叶窗的所有细节，但是与设置White Level，中音相对未受影响。唯一的问题是，房间100％的外观也相对平坦。在初始渲染中包括一些对比度有助于创建更有趣的图像，并从所有三个设置进行调整以获得最佳的总体效果。

色调映射25％		色调映射50％		色调映射75％		色调映射100％

完美的图像始终是个人喜好的问题，但是为了获得以下结果，将低于白色的水平调整为3.0，将灰度系数调整为2.2，并将色调映射量设置为80％。

它保留了Physical Sky引入的一些微妙的色彩，解决了垂直百叶窗和窗户中的更多细节，同时在前景沙发下保留了令人愉悦的阴影。所有这些都没有一秒钟的额外渲染时间。所有这些设置都可以实时有效地应用。将下面的图像与原始渲染输出进行比较，您将很快意识到这三个看似简单的设置的强大功能。

色调映射不仅适用于全局照明，基于图像的照明，也适用于Physical Sky。它可以在很多情况下提供帮助。它不能解决所有照明问题，但可以为看似困难的情况增加技巧和改进，并节省您访问图像编辑器的时间。熟悉设置的最好方法是进行实验。

小费：  许多现代图像编辑程序开始包含用于HDR图像的功能以及完整的色调映射功能。如果您喜欢使用其他工具，只需将未固定（未抖动）的渲染图像保存为保留扩展信息的格式（例如EXR或HDR），然后在您喜欢的HDR图像编辑器中打开即可。