HDRI环境贴图制作原理和应用介绍,新手一篇搞懂HDRI

唐建文            来源:优草派

什么是HDRI?

HDRI 是 High Dynamic Range Image 的缩写,意为“高动态范围图像”,是 一种环绕图像主要用于照明和背景目的。常见的图片格式有 hdr,exr 等。与之相对的概念叫做“LDRI(Low Dynamic Range Image,低动态范围图像)”,我们每天使用的 jpeg,png 格式的图像,都属于 LDRI。

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HDRI 图像是怎么来的?

通常是使用摄影机以不同曝光档位拍摄同一场景,得到若干张 LDR 图片,使用软件,把这些 LDR 信息合并成一张图片(从最暗的阴影到最亮的高光),得到 HDR 图片。它以浮点精度存储 RGB 标度的三个颜色值,一张HDR图像每个通道像素包含 32 位颜色数据,而传统JPEG图像,每个通道像素只保存8位数据。

所以HDR 图片中的颜色数值从最亮的部分到最暗的部分的跨度很大,即所谓的“动态范围”很高。

使用 HDRI(High-Dynamic Range Image 高动态范围图像)不仅可作为背景,还可以照亮整个场景。

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为什么要使用HDRI?

这里使用一个直观的例子来演示 HDRI 的优势,在 Photoshop 中打开同一张图片的低动态和高动态版本,并置在一起(HDR 图片来源:Sunflowers HDRI • Poly Haven)

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其中,上方图片为 jpeg 格式,位深度:8位/通道。下方图片为 hdr 格式,位深度:32 位/通道。

在默认情况下,两张图片在屏幕上看起来是一样的,这是因为屏幕显示的位深度也是 8 位/通道,超出这个范围的信息,会在屏幕上呈现“过曝”的纯白色,或者严重曝光不足带来的纯黑色。

我们给两张图片都添加“曝光度”调整图层,并且把曝光档位同样压低3档:

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差距显现了:下方的 HDR 图片中,原本过曝变白的区域,显示出了更多的内容:云的细节,蓝天,太阳等。而上方的 LDR 图片的过曝区域,只是从纯白色变成了暗淡的灰色,因为这些过曝区域中本来就没记录任何细节信息。

我们使用这两张图片,作为天空环境背景,来渲染模型,差距也是显著的。

天空细节的区别:

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反射细节的区别:

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需要注意HDRI 中的太阳,可以渲染出投影:

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挑选HDRI的时候要注意什么?

D5 渲染器所使用的 HDRI 天空环境图片,是“球形(spherical)投影的全景图”,除此之外,常见的全景图投影方式还有六面体(cubic),镜子球(mirror ball)等。球形投影的全景图的特征有以下几点:

1. 图片宽高比为2:1

2. 地平线通常在画面中间高度。

3. 画面内容可以完整涵盖摄影机周边所有的角度

以下是一张典型的适于 D5 渲染器使用的 HDRI 图的外观(为网页显示需要,已经压缩成低动态图片),我们要使用这种类型的图片作为天空环境:

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为了使下载的高质量HDRI贴图在画面场景渲染中发挥最佳效果,可以使用D5渲染器。

D5拥有自主研发的全局照明技术D5 GI,能够准确表现光照和阴影效果,让渲染更加高效。D5内置了高质量的HDRI调节工具,方便用户快速调整天空光照和地理天空系统,以达到真实世界的自然光照效果。这样,即使在快节奏的工作中,也能够保证渲染出的照明和阴影效果都能够满足要求,让你的作品更具艺术性和专业性。

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