ToneMapping算法简介

说起Tone Mapping，就不能不提HDR。HDR(High Dynamic Range, 高动态范围)是一种颜色范围，在传统的RGB中，每一个通道的颜色都是从属于[0,1]之间的浮点数范围，0代表纯黑，1代表纯白，超过了1仍然会归为白色；但是在现实光照方程中却没有这个限制，光的强度可以设置为任意大，那么就需要重新设定颜色的范围，这就是HDR。有了HDR，场景中亮的东西可以变得非常亮，暗的东西可以变得非常暗，而且充满细节。
之前提过的颜色值只能属于[0,1]之间的算法称作LDR（Low Dynamic Range,低动态范围），那么假设我们在计算中采用的是HDR，因为计算机屏幕只能显示[0,1]之间（也就是LDR）的颜色，因此在最终输出颜色的时候需要做一个从HDR到LDR的转换，具体的转换算法就是ToneMapping。
《LearnOpenGL》中提到了两种ToneMapping的算法，我们对此分别进行说明。
最简单的色调映射算法是Reinhard ToneMapping。它的实现非常简单，代码如下：

float3 ReinhardToneMapping(float3 color, float adapted_lum) 
{
    const float MIDDLE_GREY = 1;
    color *= MIDDLE_GREY / adapted_lum;
    return color / (1.0f + color);
}

MIDDLE_GREY是默认为灰的颜色，adapted_lum是统计的亮度（具体的计算可以参考Photographic Tone Reproduction for Digital Images这篇论文），我试了一下，它的函数图形如下（默认MIDDLE_GREY和adapted_lum都是1）：

虽然它的做法简单粗暴，亮的变暗，暗的变亮，但是缺点就是把所有的颜色都往中间压缩，整体画面会显得灰暗，下图来自于使用该算法的一个场景：

后来CryEngine又提出了另一种ToneMapping方法，将亮的部分压平：

float3 CEToneMapping(float3 color, float adapted_lum) 
{
    return 1 - exp(-adapted_lum * color);
}

其中adapted_lum是曝光度，曝光度越高整体越亮，比Reinhard的方法更鲜艳，如下图所示：

以上就介绍这两种方法，后来人们还提出了更多效果更好的方法，可以参照这篇文章进一步地学习：https://zhuanlan.zhihu.com/p/21983679