HDR the bungie way

bungie 06年，gamefest上的paper。

全文讲的比较系统，有空的话还是看原文的比较好，这里摘录一些我觉得很不错的部分。

Why HDR?

为什么要hdr？简而言之就是更加真实，相比之下LDR失真的地方很多，进而影响了沉浸类游戏对玩家的代入感，

具体到实际的好处，列了这么几点：主要集中在范围和细节的保持上

• 让我们进一步感受游戏中的明亮
  
• 更好的bloom，glare，
• 自动调节曝光，使得根据屏幕亮度情况可以做到最大程度的保持细节
• 在blending的时候保持细节

LinearPipeline

需要在linear space做lighting计算，gamma space的问题就是texture读取和输出都没问题，其实如果不做lighting的话，用srgb读texture，在用srgb写render target结果和不用srgb sample texture，不用srgb write buffer是一样的。

问题就是出在shading上，计算lighting的时候如果在gamma space，数学上就不对，就会不完美。

比如：

linear pipeline

• 硬件gamma correct并不是直接做一个pow计算，而是采用一些近似算法，这里有一定的不匹配的状况，
  • 因为在photoshop里和现实的不一致，bungie的artist对此很不爽。
  • 这种情况的处理可以在photoshop中使用相应的gamma 的profile，这样就一致了
• alpha blending也是可以有硬件支持来做linear space的
  • 不过一直在linear space就好了么
• render target
  • 理论上是使用dynamic range（ratio of brightest to darkest)
  • 但是实际应用的时候不会这么理想，所以把重点放到usable exposure range比较好
  • 也就是不会产生色阶的exposure range
  • rgbe和rgbm两种encoding方式没有fp16好，但是也不错，只是没有hardware blending
    • halo3的cubemap就是用的rgbm，虽然数学上不全对，但是看起来是不错的
• postfx
  • bloom和tone mapping都是有curve来矫正的
    • 这里有缺失physically准确性
      • 但是也不能拘泥了，本身像电影等也都是在physical正确的前提下去根据人的感觉来做矫正

这里bloom的处理我觉得比较打开思路，之前工作时候遇见有点束手无策（当时是色阶的问题），bungie就会进行深入分析，找出问题的本质，然后巧妙的一个小技巧就搞定了。

这个很像三体里面的那个小水滴状的东西，在大家不了解它的时候，他处于无敌状态，无坚不摧，在大家了解了它之后，摧毁它却又如此简单。

原本的bloom这样的，可以看见bloom有点过了，暗部那里很不好看，希望可以bloom的更清新：

做了bloom curve的结果：

其中是对bloom做了这样的矫正：虚线是原来的bloom分布，后面矫正到黄色线那里。

这里需要注意的就是，curve是针对亮度做的，不能对color的rgb直接做，那样会改变颜色的：

intensity= dot(color, float3(0.3f, 0.3f, 0.3f)); bloom_intensity = bloom_curve(intensity); bloom_color = color * bloom_intensity / intensity; bloom的过程是不停的blur+downsample，然后在up sample回去，得到可以用的bloom buffer。