維尼的蜂巢

RealTime??!! It’s amazing!!!!

HDR是什麼???? 三月 6, 2006

Filed under: 3D Graph — kevinlin @ 3:20 下午

我發現不少人以為HDR是 物體表面的反射出環境光

其實不是  物體表面反射出環境是全局光照(Global Illumination) 可以用熱輻射或者是光跡追蹤來實作

隨著《AOE3》、《F.E.A.R》等推出,HDR應該會越來越熱門吧。

  HDR即「High-Dynamic Range」,高動態範圍光照的簡稱,我想初看到這名詞的一定不知道這是啥小,要對攝影有研究的人才會知道,不過那種整天看到正妹就想跑過去拍的那種也應該不會知道吧:P。它能夠在電腦上再現人類眼睛的視覺效果,通過完全逼真的光照效果讓人們在遊戲中得到真實的感受。

  真實的視覺效果是HDR所要表現的根本,就是讓光線接近自然光

  我們都知道,電腦能夠顯示的顏色包括紅、綠、藍、Alpha共4個通道,每個通道擁有8bit、也就是256種顏色,每存儲一種顏色需要4個8bit即32bit的空間。在這種圖型的描述模型中,畫面中的每個像素色彩和亮度值都是由整數來表示。但是在處理圖片時,這種精度依然無法代表人肉眼可以看到的真實世界,難以滿足實際使用的要求。並且隨著進一步的圖形處理運算,顏色部分還會產生細微的變化,經過反覆多次運算的積累後,還會產生色彩細節遺失問題,無法真實再現自然的光照情況。

  與採用8位元texture格式(24/32位顏色每像素)的「傳統渲染」(LDR, Low Dynamic Range)模式相比,HDR可以支援拍電影的常用的fp16/fp32texture格式(每像素採用64/128位浮點數),並且支援fp16格式的混合和過濾。LDR只能表現出256:1的動態範圍(每種顏色的兩度範圍),而人眼能夠感知的亮度範圍是1014:1,因此傳統的8位整數格式難以表現出真實世界的光照情況。而NVIDIA HDR技術採用fp16的紋理格式,能夠支持1012:1以上的動態範圍,因此可以表現出非常逼真的光照效果。

  

  這是《AOE3》開啟HDR前後效果對比

  HDR技術雖然已成為遊戲設計中的大勢所趨,但在實際應用中仍存在著某些不和諧的因素。部分玩家表示在某些遊戲中HDR效果過於追求高亮度,因而在遊戲中造成非常不適應的感覺。

  沒錯,遊戲的製作技術決定了HDR實現效果的優劣,不同遊戲裡HDR表現的好壞也會各不相同。以下我們例舉了幾款支援HDR的遊戲進行效果對比!

《AOE3》HDR對比

  《AOE3》是在DirectX 9.0c和Shader 3.0下開發的。如果您使用的是NVIDIA GF6/7系列顯卡、ATI RV5**顯卡時,在遊戲設置的畫面設置中的「Shader Quality」的下拉菜單中選擇「Very High」即可開啟「HDR「效果。

  ◎ 場景一

                                                                       《AOE3》開啟HDR效果

                                            《AOE3》關閉HDR效果

  ◎ 場景二

  《AOE3》開啟HDR效果

  《AOE3》關閉HDR效果

  ◎ 場景三

  《AOE3》開啟HDR效果

  《AOE3》關閉HDR效果

  通過對比《AOE3》HDR效果截圖可以注意到,開啟後的遊戲畫面效果非常明亮,畫面層次感很足,尤其在陽光照射下水面反射效果更是趨於真實,這一點在以往的即時戰略遊戲中更不難以達到。

   halflife2:失落的海岸》HDR截圖對比

  《Half-Life2:失落的海岸(Half-Life 2: Lost Coast)》實際上被理解為是一個為了展示技術特效而生的演示程序更為恰當。《失落的海岸》這個新關卡很短,大約10~15分鐘就可以通關,但是它卻讓我們看到了Valve Source引擎的強大實力。相對原版的《HL2》來說,新關卡所支持的HDR(高動態範圍渲染)最為吸引人。今天,我們就來使用NVIDIA和ATI目前最高端顯卡,測試一下《失落的海岸》的視覺效果以及性能表現到底如何。

  以下的遊戲截圖均來自1600×1200解析度,4xAA+16xAF環境下。遊戲內的各種設置均調節到最高,當然HDR選項也會打開。

  ◎ HDR對比場景一

  ◎ HDR對比場景二

  上我們可以看到,上面圖片中的木板所反射的光強度很大,甚至有些晃眼。而幾秒後的畫面亮度則要弱很多,我們就可以清晰的看到木板的材質細節等。這樣的效果在《失落的海岸》中被廣泛應用,比如岩石,牆壁等場景。

  :《DOOM3》《Half-Life2》「HDR」效果對比

  早期發佈的《DOOM3》、《HL2》並不支持HDR效果,但通過額外開發的MOD程序也能夠開啟模擬HDR的Bloom特效。

  ◎ 《DOOM3》

  《DOOM3》中開啟Bloom特效的效果圖

  《DOOM3》中未開啟Bloom特效的效果圖

  ◎ 《HL2》

  《HL2》中開啟Bloom特效的效果圖

  《HL2》中開啟Bloom特效的效果圖

  HDR與Bloom的差別不是很大,但是他們的技術成分就相差千里:

  第一,HDR效果就是超亮的光照與超暗的黑暗的某種結合,這個效果是光照產生的,強度、顏色等方面是遊戲程序可動態控制的;bloom效果則是物體本身發出的光照,僅僅是將光照範圍調高到過飽和,是遊戲程序無法動態控制的。

  第二,bloom效果無需HDR就可以實現,但是bloom效果是很受限的,它只支持8位RGBA,而HDR最高支持到32位RGBA。

  第三,bloom效果的實現很簡單,比如《HL2》的MOD就是一個很小的很簡單的MOD,而且bloom效果不受顯卡的規格的限制,你甚至可以在TNT顯卡上實現bloom效果(當然效果很差)!

  事實上,遊戲開發商往往會將兩種特效一起使用以達到一個最終的效果。兩者的區別可以舉一個最簡單的例子:你在遊戲中,從黑暗的房間中走到太陽地中,你眼前的景物會很刺眼,隨後亮度會降低,完全就同現實中的情況一致。很神奇!這就是HDR特效的威力。而bloom效果實現的光照強度可能不會很真實,同時也是不可變的。

  HDR效果:★(假HDR效果)

  從遊戲的發展史以及未來的發展狀況來看,隨著科學技術的發展,遊戲越來越趨向於真實化,玩家不但要求遊戲中的每一種物體都有真實的外觀,真實的物理特性,同時還要有真實的光照和陰影效果。其實HDR僅僅是遊戲在走向真實化的道路中的一小步。

 

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