Version 1.0-2011-10-11
Verfahren, Bilder unter Rücksichtnahme ihres Farbprofils und der des Ausgabegeräts zu berechnen (3D), bzw. zu bearbeiten (Compositing), um eine mathematisch und physikalisch korrekte Wiedergabe der dargestellten Helligkeiten zu erreichen gewinnt erst durch die Entwicklungen von "physikalisch korrektem Rendering" der letzten Jahre an Bedeutung durch technische Beschränkungen war in der Vergangenheit kein korrekter linearer Workflow möglich (z.b. fehlende Bildformate mit 16/32 bit float)
Aktuelle Situation und Vorteile mittlerweile ist ein linearer Workflow in den meisten Softwarepaketen integriert unumgänglich, wenn qualitativ hochwertige Renderings, bzw. ein überzeugender Fotorealismus gewünscht sind erleichtert erheblich das Erstellen von fotorealistischen Renderings
CGI vor dem linearen Workflow Beleuchtung Compositing
Beleuchtung das Inverse Square Law beschreibt physikalisch korrektes Lichtverhalten Die Lichtintensität reduziert sich umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands von der Lichtquelle. Eine Verdopplung des Abstands führt zu einem Viertel der Lichtintensität.
Standard 3D-Beleuchtung verfügt initial über kein Decay - die Szene ist gleichmäßig ausgeleuchtet
ein quadratisches Decay wird visuell als zu extrem wahrgenommen Das untere Bild wurde in der Helligkeit korrigiert, um die im Hintergrund vorhandenen Lichtauswirkungen hervorzuheben
Rendering ohne Decay (ohne angepasste Texturen)
Workaround Beleuchtung Verwendung von linearem Decay, um einen Intensitätsabfall zu erhalten erscheint nicht so extrem, wie quadratisches Decay die physikalische Inkorrektheit wird ignoriert - das visuelle Ergebnis zählt
Compositing Rendering von separaten Passes für Diffuse Color und Reflexionen für eine bessere Kontrolle im Compositing Verfahren ähnelt dem des Renderings in 3D Renderer berechnen Shader/Materialien nach folgendem Prinzip:
Reflexionen können über die Ebenenmodi Add oder Screen angewendet werden Add liefert zu helle Ergebnisse
das Ergebnis einer Screen Operation sieht in der Regel besser aus
Vergleich von Add, Screen und dem ursprünglichen Rendering
Physical Sun & Sky Berechnung von "physikalisch korrekter" Aussenbeleuchtung Lens-Shader kompensieren die extreme Helligkeit Texturen erscheinen verwaschen und ausgeblichen setzt einen linearen Workflow voraus
Lineare, physikalische Helligkeit Licht verhält sich linear doppelte Lichtintensität = doppelte Helligkeit der lineare Farbraum stellt die Helligkeiten als eine lineare Kurve zwischen schwarz und weiss dar
Menschliche Wahrnehmung nicht linear, ähnlich dem Hörvermögen steht im Gegensatz dazu, wie Helligkeiten physikalisch auftreten im geringen Helligkeitsbereich hoch aufgelöst bei kaum vorhandenem Licht lassen sich immer noch Konturen erkennen bei hohen Helligkeiten geringer empfindlich kleine Helligkeitsunterschiede werden bei extremer Helligkeit kaum wahrgenommen die empfundene Helligkeit verläuft in dunklen Bereichen steil und in hellen weniger steil (Gamma ca. 0.3-0.5)
Linkes Bild: Lineare Helligkeitsverteilung und Histogramm; Mittleres Bild: Helligkeitsverteilung nach Gammakorrektur und Histogramm des 8 Bit Bildes; deutlich zu erkennen ist die Farbspreizung/Banding in den dunklen Bildbereichen; der Vergleich zwischen den beiden Histogrammen zeigt, wie viele Informationen in diesem Bereich vorhanden sind; Rechtes Bild: Sichtbarer Qualitätsverlust bei 8 Bit Farbinformationen nach extremer Helligkeitsbearbeitung.
Gamma Korrektur Eine Korrekturfunktion, um eine physikalisch proportional, d.h. linear, wachsende Größe (Helligkeit) dem menschlichen, nicht linearem Empfinden, anzupassen und technische Unzulänglichkeiten zu kompensieren. Gamma verschiebt die Helligkeiten für nicht komplett schwarze und weisse Bildanteile fast sämtliche Elemente in einer Bildbearbeitungskette (Kameras, digitale Bilder, Monitore, etc.) sind Gamma korrigiert srgb entspricht ungefähr einer Gamma Korrektur von 2.2
Gamma Kurve (srgb)
Gründe für die Gamma-Korrektur gängige Formate besitzen nur eine begrenzte Dynamik/Bandbreite üblicherweise 8 Bit mit 256 diskreten Helligkeitsstufen pro Farbkanal ohne Korrektur würden: zu viele Informationen im nicht-sensitiven Bereich (hell) zu wenige im empfindlichen Bereich (dunkel) vorliegen die Dynamik eines Mediums wird durch eine Gamma-Korrektur besser genutzt
Gamma Korrektur in der Praxis Ausgangssituation Helligkeiten sind physikalisch linear (lineare Kurve) eine direkte Abbildung nutzt den Dynamikumfang schlecht aus Lösung die Bildinformation wird mit einer Gamma Korrektur versehen der Dynamikumfang wird besser genutzt Kehrwert des Monitor-Gammas: 1/2.2 = 0.4545 lineare Wiedergabe des Bildes am Monitor durch eine Kompensation des im Bild enthaltenen Gamma Werts Monitor Gamma 2.2
Lineare Bilder (16/32 bit float) besitzen nicht die Problematik eines beschränkten Dynamikumfangs die Bildinformationen werden Fließkomma-basiert gespeichert (float) z.b. openexr, Radiance, float TIFF benötigen keine Gamma Korrektur
Grundproblematik 3D Programme arbeiten und berechnen Szeneninformationen linear Monitore, Kameras, Bilder arbeiten im nicht-linearen Farbraum eine Gamma Korrektur ist für die Wiedergaben von Bildern notwendig, um die Farben so darzustellen, wie das menschliche Auge sie wahrnimmt
Auswirkungen auf die Arbeit in 3D betrifft Input (Texturen, Farben) Rendering Output (Bilddateien)
Input alle Farbräume müssen abgestimmt werden und linear sein nicht-lineare Bilder müssen korrigiert werden eine Gamma Korrektur kehrt die Gamma Bearbeitung eines Bildes um das Bild wird im linearen Farbraum korrekt wiedergegeben Farbwähler zeigen in der Regel srgb Farben und müssen ebenfalls korrigiert werden (Softwareabhängig) Lineare Bilder benötigen keine Korrektur
Rendering ohne Gamma-korrigierten Farben/Texturen
Rendering mit Gamma-korrigierten Farben/Texturen
Rendering ist immer linear die Renderausgabe wird linear gespeichert (float Format) die Renderausgabe wird mit einer srgb Korrektur betrachtet visuell lineare Wiedergabe (durch das Farbprofil des Monitors)
Compositing Compositing Programme arbeiten intern linear lineares Footage Material benötigt keine Bearbeitung srgb Footage muss linearisiert werden (normalerweise alle IntegerBildformate - 8 Bit/10 Bit/12 Bit/16 Bit Integer) bei linearer Bildausgabe ist keine Korrektur notwendig bei nicht-linearer Bildausgabe (kein floating Format) muss eine srgb Korrektur angewendet werden (entweder automatisch oder manuell)
Settings 3ds max Beispiel
Settings Maya/Mental Ray Beispiel
Settings Maya/VRay for Maya Beispiel
Settings Nuke Beispiel
Vielen Dank für Euer Interesse