from: http://blog.csdn.net/ccanan/article/details/6745207
HDR&ToneMapping
HDR
high dynamic range.
很多程序朋友（包括我）都是从dxsdk上看到和学习这个概念，开始学习的更多的是一整套hdr sample的流程：
- 在float render target上去render scene
- 后面很多console上的游戏使用rgbm等编码方式来节省内存和bandwidth
- 通过down sample去计算亮度
- treyarch是cook到场景数据里面，省了这个down sample的过程
- 根据亮度对场景做一个矫正（tone mapping）最后输出到一个rgb8的render target上
- dynamic range：reinhard的
论文中定义：一个场景中最高亮度与最低亮度的比是dynamic range。 - low dynamic range : 之所以出现这种情况是图像存储介质（打印纸，照片，电脑屏幕等）精度有限造成的，导致在range上没法完全记录一个场景的亮度信息，只能记录有限的一部 分，比如游戏里常见的在rgba8上渲染，每个channel大于1的部分就被截取到1了。
- high dynamic range : 准确讲是high dynamic range imaging，是指一种图像技术，它能让图像表示一个比原有技术（之前的LowDynamicRange）更大（greater）的dynamic range
- 这样就可以更加准确和真实的描绘一个场景
- 自动根据亮度矫正明暗：让我们晚上看东西也能比较清楚，一开灯眼睛要矫正一会回来
- 局部适应性：比较经典的图是：
- 曝 光率问题---解决：exposure adjustment。和照相时候曝光原理差不多，白天亮曝光就短一些，晚上曝光长一些，编程时候就是计算render target的平均亮度，然后矫正，这样沙漠的白天和丛林的夜晚都可以在游戏中的rgba8上有一个良好的体现。在hable的论文里，这个属于不同的场 景之间的处理问题范畴。
- 压缩的过程中不可避免的涉及到重新分配亮度值，怎么做来得到更好的尽可能不失真的画面这个解决方案就是tone mapping
ReinhardToneMapping
tone mapping方面比较著名的reinhard哥：
reinhard主页
http://www.cs.ucf.edu/~reinhard/cdrom/
paper link：
http://www.cs.ucf.edu/~reinhard/cdrom/tonemap.pdf
tone mapping干什么的？
dxsdk里面也有说，本来是摄影中提出的概念，解决怎么把场景中范围巨大的亮度值放到范围有限的存储空间中来（照片，打印机。。。），达到一个让人喜欢的结果。
这里面一点是“让人喜欢的结果”，它是一个含有主观意味的东西，没有一个绝对的标准，也没有说什么是绝对的对和错，根据游戏类型和开发者，玩家口味，大可选择自己喜欢的结果，tonemapping是达到这一结果的方法而已。
tonemapping相关的研究是从摄影技术中发展过来的，只不过digital imaging有比摄影洗相片更好的一个优势，可以进一步发展：
首先明确和定义一些概念：
- zone：存储空间的亮度阶这么一个概念，比如print只有11个zone
- middle grey：中间的亮度
- dynamic range：指场景中最高亮度与最低亮度的比值
- 这是一个最学术派的定义，具体上摄像师一般会追求细节还可以明辨的range
- key：描述整个场景亮度的数值
- dodging and burning：把高亮度的东西亮度降低为dodging，把低亮度的部分加亮为burning
tone mapping就是一个原始颜色向目标颜色映射的过程，不同的函数呈现一些不同的特点，这里列一些，看下对比：
ppt中有更多的一些对比，这里直接总结filmic tone mapping的好处就是：
- 向暗色过渡的更“脆”
- 高亮部分更柔和
- 在input color的match上也更接近linear
实现类似filmic tone mapping的mapping的时候一般是把映射关系放到texture里，然后sample texture，不过有牛人把mapping搞到一个公式里了，hable还加了参数可以让美术调：
A = Shoulder Strength B = Linear Strength C = Linear Angle D = Toe Strength E = Toe Numerator F = Toe Denominator Note: E/F = Toe Angle LinearWhite = Linear White Point Value F(x) = ((x*(A*x+C*B)+D*E)/(x*(A*x+B)+D*F)) - E/F; FinalColor = F(LinearColor)/F(LinearWhite)在具体的代码看hable的blog更好了：
float A = 0.15;
float B = 0.50;
float C = 0.10;
float D = 0.20;
float E = 0.02;
float F = 0.30;
float W = 11.2;
float3 Uncharted2Tonemap(float3 x)
{
return ((x*(A*x+C*B)+D*E)/(x*(A*x+B)+D*F))-E/F;
}
float4 ps_main( float2 texCoord : TEXCOORD0 ) : COLOR
{
float3 texColor = tex2D(Texture0, texCoord );
texColor *= 16; // Hardcoded Exposure Adjustment
float ExposureBias = 2.0f;
float3 curr = Uncharted2Tonemap(ExposureBias*texColor);
float3 whiteScale = 1.0f/Uncharted2Tonemap(W);
float3 color = curr*whiteScale;
float3 retColor = pow(color,1/2.2);
return float4(retColor,1);
}
