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Tone-mapping

Pour un rendu, LuxRender calcule la luminosité en utilisant les valeurs physiques de la réalité. Mais en pratique, le contraste entre les zones les plus sombres et les plus brillantes, est plus large que la gamme d'affichage des écrans d'ordinateur. Par conséquent, les valeurs calculées doivent en quelque sorte être converties en pixels RVB. C'est exactement ce que fait le "Tone mapping".

Dans LuxRender, les paramètres de "Tone mapping" peuvent être ajustés en temps réel pendant le rendu.

Les options du "Tone-mapping" dans l'interface de LuxRender.


Contents


Les noyaux du "Tone-mapping"

Reinhard / Non-linéaire

Le noyau de "Tone mapping" Reinhard a été développé par Erik Reinhard, Mike Stark, Peter Shirley, et James Ferwerda. Cet algorithme est conçu pour adapter la plage dynamique élevée du monde réel à l'impression ou à l'écran. En termes simples, il équilibre les zones claires et sombres d'une image et les compresse pour s'adapter à la plage dynamique des supports médiatiques en question. Il est basé sur un procédé photographique appelé le système de zone, développé par Ansel Adams, qui est expliqué en détail dans le fichier pdf sur le site indiqué ci-dessus. Essentiellement, les parties claires de l'image sont obscurcis et les parties sombres de l'image sont éclaircies jusqu'à ce qu'un équilibre soit atteint. En photographie, on utilise différentes zones de luminance, qui sont brûlés ou esquivées au besoin. Le noyau de tone-mapping "Reinhard" peut le faire sur une base pixel par pixel.

Paramètres:

  • "Pré-échelonnage":
    • Ce paramètre contrôle la luminosité des zones sombres de l'image (les ombres, dans le jargon de la retouche photo). En l'augmentant, il éclaircit les ombres. Une fois qu'il a atteint un certain point, il commence à compresser la gamme dynamique (donc l'histogramme) au milieu de la fourchette globale, ce qui peut affecter le contraste de la scène, donc un réglage de 8,0 comprime beaucoup la gamme dynamique ce qui produit une image très grise et lavée. le "Pré-échelonnage" est concomitant des réglages de "Brûlure". L'un affecte l'autre.
  • "Post-échelonnage":
    • Ce réglage est séparé des deux autres, il contrôle la luminosité de la scène en augmentant la luminosité de l'image produite vers le haut ou vers le bas (glissement de l'histogramme vers la droite ou à gauche). Par exemple un réglage de 8 donne une scène blanche et sur-exposée, et un réglage de 0,1 produit une scène très sombre et sous-exposée.
  • "Brûlure":
    • Ce paramètre affecte la luminosité des zones claires de l'image par rapport aux zones les plus sombres. En l'augmentant, il atténue les éclats lumineux en échelonnant l'image vers le bas (l'histogramme glissant vers la gauche). Cependant, contrairement au "Post-échelonnage" quand il atteint le point où il commence à compresser l'histogramme, il le comprime du côté sombre de l'histogramme de la place du milieu.

les paramètres "Pré-échelonnage" et "Brûlure" sont liés; les zones qu'ils affectent, se chevauchent. Vous pouvez utiliser le contrôle "Post-échelonnage" pour obtenir une bonne exposition pour votre image. L'histogramme peut aider ici à juste vérifier que la courbe principale est surtout centrée entre les deux barres blanches. Une fois que vous l'avez centré, vous pouvez utiliser les contrôles "Pré-échelonnage" et "brûlure" pour obtenir une exposition correcte.

Différents réglages:


Deux sources lumineuses égales.
Tone-mapping "Linéaire" avec les paramètres suivants:
Sensibilité = 100 ASA,
Exposition = 0.0625,
F/stop = 2.8,
Gamma = 1.0

Les spots encastrés brillent 10x plus.
Tone-mapping "Linéaire" avec les paramètres suivants:
Sensibilité = 100 ASA,
Exposition = 0.0625,
F/stop = 2.8,
Gamma = 1.0

Deux sources lumineuses égales.
Tone-mapping "Reinhard" avec les paramètres par défaut:
"Pré-échelonnage" = 1.0,
"Post-échelonnage" = 1.2,
"Brûlure" = 6.0





Les spots encastrés brillent 10x plus.
Tone-mapping "Reinhard" avec les paramètres par défaut:
"Pré-échelonnage" = 1.0,
"Post-échelonnage" = 1.2,
"Brûlure" = 6.0.

Notez comment l'éclat lumineux sur la théière est étouffé en compensant les spots encastrés trop brillant et alors qu'on utilise les paramètres par défaut.



Linéaire

Les réglages du noyau de tone-mapping "Linéaire" sont basés sur une caméra réelle et des paramètres de film. Ce noyau n'est pas une luminosité adaptative, donc il devrait être utilisé pour les animations afin d'éviter le scintillement. C'est pour la même raison que vous pouvez désactiver l'exposition automatique sur un véritable appareil photo lors d'une prise de vue correctement éclairée. La sensibilité, le f/stop, et la vitesse d'obturation sont tous liés mathématiquement pour déterminer une exposition. Il est important d'apprendre à penser en "stops" quand on règle l'exposition d'un tone-mapping "Linéaire". Un "stop" est soit le double ou la moitié de plus de lumière.

Paramètres:

  • Sensibilité (ISO):
    • La sensibilité est directement liée à la création de l'ISO ou sensibilité du film photographique. Des normes sont apparues dans la vente des films photographiques, en France on parle d'avantage d'ASA qui est équivalent au ISO. J'utiliserais ce terme par facilité de compréhension. L'ASA d'un film est la mesure de la rapidité ou sensibilité d'un film photographique à la lumière (ou d'un capteur numérique). Les valeurs de la sensibilité sont directement corrélées aux réglages ASA du film. Par rapport à la sensibilité, un film de 25 ASA est très lent en raison de sa faible sensibilité à la lumière et nécessitera des durées d'exposition plus élevés, à l'inverse un film de 800 ISO est plus rapide ou plus sensibles, il faudra un temps d'exposition beaucoup plus court. Le F/Stop de la sensibilité ASA sont faciles à retenir: 25, 50, 100, 200, 400, 800, 1600, etc. Ainsi, 200 ASA représente deux fois plus de lumière que 100 ASA et 50 ASA la moitié de 100 ASA. Les préréglages du tone-mapping "Linéaire" dans LuxRender sont divisés en "tiers-stops", donc 100 ASA, 125, 160, 200, etc. Chacun de ceux-ci est un tiers d'un "stop". Il est important de comprendre que dans LuxRender, le réglage de la sensibilité est étrange parce que la quantité de bruit dans l'image finale est entièrement déterminée par le nombre d'échantillons par pixel. Dans le monde réel, les photographes tirent au plus bas ASA possible pour réduire le bruit, à moins que le bruit soit une qualité souhaitée pour l'image.
  • Exposition:
    • Le réglage de "l'exposition" ou "durée de pose" est directement liée à la vitesse d'obturation de l'appareil photo ou temps de pose, qui est la durée pendant laquelle l'obturateur est ouvert et expose le film à la lumière. Les "stops" par rapport à la vitesse d'obturation sont faciles à calculer et à mémoriser: 1/2 seconde va céder la moitié d'autant de lumière que 1 seconde. De même, deux secondes donneront deux fois d'autant de lumière que 1 seconde. Un "stop" de la sensibilité peut être échangé contre un "stop" de la vitesse d'obturation pour obtenir la même exposition. Par exemple, un film de 100 ASA @ 1/125e de seconde réalisera la même exposition qu'un film de 200 ASA à 1/250e de seconde. Lorsque vous éclairez votre scène avec une lampe "soleil", vous pouvez envisager d'utiliser la règle du F/16. Cette règle stipule que pour une journée ensoleillée, vous pouvez utiliser un film de 100 ASA avec un f/stop de 16 (f/16) et un temps d'exposition de 1/100e de seconde ou réciproquement si vous cherchez un "stop" (400 ASA et 1/400e de seconde). La valeur numérique de l'exposition dans le fichier de scène de LuxRender (fichier .lxs) est une valeur décimale de la vitesse d'obturation. Par exemple pour définir une vitesse d'obturation de 1/125e de seconde, vous divisez par 1/125 = 0,008.
  • f/stop:
    • Le "F /stop" est directement liée à la mise en "F/stop" d'un appareil photo (qui est l'objet sur lequel le terme "F/stop" est apparu, avec la bague des "ouvertures" de l'objectif qui clique de butée à butée). Le "F/stop", ou en France l'ouverture. Les "F/stop" sont des nombres sans dimensions, de sorte qu'ils ne donnent pas directement le diamètre de l'ouverture. Au contraire, le "F/stop" est le rapport de la distance focale de la lentille sur le diamètre de l'ouverture. Le "F/stop" se mémorise très simplement de cette façon: 1.4, 2, 2.8, 4, 5.6, 8, 11, 16, 22, 32, etc. Tout comme pour la vitesse d'obturation et l'ASA, les "stops" complets sont divisés par des "tiers-stop". Le "F/2" recevra deux fois plus de lumière que "F/2.8" qui recevra deux fois plus de lumière que le "F/4". Plus le "stop" augmente, et moins le film reçoit de lumière.
  • Profondeur de champ:
    • Bien que la profondeur de champ ne soit pas un réglage dans le panneau de "Tone-mapping", le "F/stop" est lié au diamètre d'ouverture, et le diamètre de d'ouverture détermine la profondeur de champ, il est donc important de comprendre comment les relations des uns avec les autres. Comme le "F/stop" est le rapport de la longueur focale sur le diamètre de l'ouverture, si le calcul est inversé, le diamètre d'ouverture sera le résultat. Une prise de vue avec un objectif de 100 mm avec une ouverture de "F/2.8" donnera une ouverture de 35,7 mm. Si la prise de vue se fait avec un objectif de 50 mm à "F/2.8", le diamètre d'ouverture sera de 17,8 mm, et donc une plus grande profondeur de champ tandis que l'ouverture est réduite. Les deux objectifs ont un "F/stop" de 2.8 s'ils reçoivent la même quantité de lumière d'atteindre le plan du film. Si le photographe voulait une profondeur de champ identique à l'objectif de 50 mm avec une lentille de 100 mm @ "F/2.8", l'objectif de 50 mm devrait avoir une ouverture de 35,7 mm, ce qui serait un "stop = 1.4". La lentille est maintenant de laisser deux "stops", soit quatre fois plus de lumière que la prise @ "F/2.8", donc le film ASA ou la vitesse d'obturation, ou les deux devraient être baissé de deux "stops" pour autoriser 1/4 de lumière sur la pellicule en réalisant la même exposition. La distance du foyer (différente de la longueur focale) est très importante pour la détermination de la profondeur de champ. Dans l'exemple ci-dessus, la distance de mise au point sur l'objet pour les deux lentilles de 100 mm et de 50 mm devrait être identique. La modification du réglage du "F/stop" dans le panneau du "Tone-mapping" dans LuxRender n'affectera pas l'exposition globale, et ne changera pas la profondeur de champ réelle de l'image rendue. Pour affecter la profondeur de champ du rendu, le réglage du "F/stop" doit être modifié dans les réglages de votre exporteur. Si vous avez construit votre scène à l'échelle réelle, et que vous avez utilisé un pré-réglage pour votre appareil photo, vous pouvez utiliser une calculette DOF pour déterminer la profondeur de champ avant le rendu.
  • Gamma:
    • Ce réglage ajuste le rendu final pour correspondre aux paramètres de l'appareil photo des réglages du gamma spécifié dans le chapitre ci-dessous Gamma & Réponse de film .

Les photographes fixent généralement la vitesse d'obturation pour la quantité de flou de mouvement désirée, règle l'ouverture pour la quantité de profondeur de champ désirée, et ensuite, soit ils utilisent des filtres de densité neutre, des lumières, des flashs, et/ou ajuste l'ASA pour obtenir une exposition correcte. S'ils ne parviennent pas à atteindre l'exposition souhaitée avec ces méthodes, ils font des concessions avec la vitesse d'obturation et le "F/stop".



Auto-Linéaire

Le tone-mapping "Auto-linéaire" fonctionne de la même manière que "Linéaire", mais il se configurera automatiquement. Il n'a pas de paramètres. Le tone-mapping "Auto-linéaire " peut être un bon choix pour les tests de rendus avant que vous ayez mis en place l'éclairage de votre scène finale.

Contraste

Le tone mapping "Contraste" procède à une cartographie des différences visibles dans la luminance calculée dans le contraste du rendu. Tout comme le tone mapping "Maximum au blanc", ce processus est appliqué à l'image dans son ensemble. Par conséquent, ce processus sera moins efficace si la luminosité varie beaucoup sur les différentes parties de l'image.

La valeur "Luminance d'adaptation au monde" (Ywa) contrôle la luminosité globale de l'image finale.

Maximum vers blanc (max white)

Le processus de tone-mapping "Maximum vers blanc" est le plus simple tone-mapping disponible: il vérifiera les pixels de l'image les plus brillants et considérera ces pixels comme le blanc. Tous les autres pixels seront échelonnés par rapport à ce pixel.

Ce processus fonctionne bien sur les images avec un faible contraste, mais si l'image contient un objet très lumineux, le reste de l'image sera très sombre.



Méthode pour clamper

Ce sont les méthodes qu'utilise LuxRender pour réduire les valeurs trop élevées qui ne peuvent pas être affichées dans l'image finale, à basse plage dynamique, comme les formats bmp ou pict, tiff ou targa, png ou jpg de votre rendu.

Préserver la luminosité (lum)

Dans ce mode, LuxRender tentera de maintenir l'intensité lumineuse générale en clampant les zones lumineuses vers le blanc, indépendamment de leur couleur réelle.

Préserver la teinte (hue)

Dans ce mode, LuxRender tentera de préserver la teinte des objets brillants. Une fois qu'un canal de certains pixels sera "clampé" (quand la valeur RVB aura atteint 255), les 2 autres canaux de ces pixels seront verrouillées. Cela préservera les zones lumineuses quand les canaux seront clampés vers le blanc ou changeront la teinte, ce qui se fait habituellement sur les photos, et ce que nous voyons dans la réalité en raison de la plage dynamique élevée de l'œil humain. Toutefois les éclats brillants aurons une apparence étrange de "compression"

Clampage individuel (cut)

Cela permet à chaque canal d'être clampé indépendamment des autres. Mais les couleurs changeront de teinte ou seront dé-saturée quand leur luminosité se rapprocheront des maximums de l'image. L'effet visuel n'est pas agréable, mais vous devez savoir comment les caméras numériques se comportent car cela peut être souhaitable du point de vue du réalisme.


Différents réglages:

Préserver la luminosité.
Préserver la teinte.
Clampage individuel.




Point blanc

Le réglage du point blanc sert à définir la couleur "blanche" dans un rendu. Cela vous donne la capacité d'adaptation aux différentes situations d'éclairage.

Par exemple en plein air (sous le soleil), les clichés photo doivent avoir généralement le point blanc fixé sur 6500° kelvin (température du corps noir). On le désigne souvent par D6500, le D (diurne) représente la lumière du jour.

Avec une scène d'intérieure bien éclairée qui utilise des ampoules incandescentes, le point blanc doit être réglé à environ 2700-3300° kelvin. Maintenant, si vous voulez simuler un appareil photo réglé sur un mauvais point blanc alors réglez le point blanc à D6500. La scène paraîtra un peu orange, mais ce sera précis.



Espace colorimétrique

Lorsque LuxRender fait un rendu, il stocke une série de valeurs linéaires de la couleur de chaque pixel. Malheureusement, ces valeurs linéaires ne peuvent pas être affichées "tel quel" sur un écran d'ordinateur ou une télévision. Afin de convertir ces valeurs linéaires en couleurs RVB qui peuvent être affichées, LuxRender doit traduire les valeurs en utilisant l'un des nombreux disponibles d'"Espace colorimétrique". Chacun de ces espaces de couleurs créera les valeurs RVB à partir des données linéaires de différentes manières, et chacun vous donnera des couleurs différentes. Pour les écrans, sRGB-HDTV est généralement considéré comme "l'espace colorimétrique" la plus réaliste, cependant, chacun des modes disponibles peut être utilisé. Voici une collection des profils colorimétriques:

Adobe-RGB-98.png Apple-RGB.png CIE-E.png NTSC-1953.png
Adobe RGB 1998 Apple RGB CIE E NTSC 1953
NTSC-1979.png PAL-SECAM.png ROMM-RGB.png SRGB-HDTV.png
NTSC 1979 PAL/SECAM ROMM RGB sRGB-HDTV




Gamma & Réponse du film

Le Gamma est utilisé pour corriger le gamma de votre écran lors de la visualisation de l'image dans LuxRender. C'est une partie importante de votre flux de travail avec LuxRender. Ce curseur doit toujours être laissé à 2.2, sauf si vous avez une raison spécifique pour utiliser une valeur différente.

La "Réponse du film" charge des profils de couleur pour différents films et configurations de caméras. Généralement les films et appareils photo numériques ne sont pas conçus avec une réponse linéaire à la lumière, donc ça se traduit par des images que beaucoup de gens considèrent comme ternes et stériles. Les profils "Réponse du film" compenseront la réponse à la lumière qu'utilisera LuxRender lors du tone-mapping, afin de donner du contraste et des couleurs plus agréables. Ça aidera à réduire le look "stérile" des "lancers de rayons".

Dans les exemples qui suivent, le boule a une couleur RVB rouge (c.a.d. [1,0 0,0 0,0]) et les paramètres de rendu n'ont pas été modifiés pour mettre l'accent sur les différences.
Gardez à l'esprit que la modification de la "Réponse du film" peut vous obliger à ajuster les paramètres de rendu pour obtenir une image acceptable.

Advantix 100
Agfachrome CT Precisa 200
Agfacolor Futura 100
Agfapan APX 400 black and white
Fuji film Cine 125
Kodak Gold 200



Histogramme

L'histogramme est un outil pour analyser le résultat du tone-mapping. Il affiche schématiquement la répartition des pixels lumineux parmi les tonalités de l'image.

L'histogramme est divisé en trois parties par deux lignes verticales blanches. Sur le bas de la courbe se trouve un dégradé allant du noir (à gauche) au blanc (à droite). La hauteur verticale du graphique indique le nombre de pixels dont la luminosité correspondant à la luminosité du dégradé.

Toute valeur qui se trouve sur le côté gauche de la première ligne blanche verticale sera affiché complètement noir dans l'image produite. Toute valeur sur la droite de la deuxième ligne blanche verticale sera complètement blanche.
En pratique, pour obtenir une image correctement exposée, la plus grande partie du graphique doit se trouver entre ces deux lignes blanches.

Histogram.png


NOTE: Il n'est pas "mauvais" d'avoir une partie de l'image à l'extérieur de ces deux lignes blanches verticales. par exemple si vous avez un objet extrêmement lumineux comme une ampoule, elle pourrait paraître faiblement lumineuse sauf si l'image est clampée, écrêtée.