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研碩 | 10th Apr 2008 | 藝廊迷彩 | (3889 Reads)

High-Dynamic Range Imaging(高動態範圍映像,簡稱HDRI),本來為一種解決顯示器上顯示CG的技術。而直到現在,HDRI在攝影技術上,因應著攝影器材的提升和電腦圖像軟件的加入而更為方便運用,只要將不同曝光的相片,運用電腦圖像軟件的結合,正確地表示真實世界中從太陽光直射到最暗的陰影這樣大的範圍亮度,重現出人類視覺一樣程度的映像。而對於HDRI的製作和教學已不勝枚舉,但對於HDRI背後的理論卻甚少著墨,本文所希望的是解釋傳統映像和HDRI之間的轉變。

HDRI和色彩的關係

要了解傳統的映像和HDRI之間的分野,就要了解到色彩的問題所在,在過去的顯示器上,表示圖像的時候是用8bit(256色)級或16bit(65536色)級來區分圖像的亮度,而由0- 255的顯示明度範圍。

8 bit、16 bit、24 bit和32 bit,深度數值越高,可以獲得更多的色彩。這不是甚麼深奧的概念,相信只要有擁有紅白機年代機齡的朋友,應該不難發現上面所會所指的問題所在。(紅白機只能顯示8bit色彩功能,只能上現256色,超任時轉變為16Bit,再到PS年代發展至32bit,只要記得每一次的遊戲畫面的色彩,就會明白到Bit的變化)

我們應該知道,人眼所見的各種色彩是因為光線有不同波長所造成的,經過實驗發現,人類肉眼對其中三種波長的感受特別強烈,只要適當調整這三種光線的強度,就可以讓人類感受到「幾乎」所有的顏色,而這三種色彩稱為三原色。一般所說的三原色,紅R、綠G、藍B三種基色。我們定義三原色中,每一個顏色從純色(如純紅)不斷變暗到黑的過程中的變化級別成為色彩的灰階。

在數字資訊存貯中,我們用了2進制數來表示,表示顏色時的2進制數字的位數(bit)決定了顏色的明度(Value)級別,也就是灰階(Gray scale)。

2bit相當於4級灰階,6bit相當於64級灰階,8bit則相當於256級灰階。每增加一個bit,灰階級別就增加為原來的兩倍。當三基色混合成彩色光線,增加1 bit就意味色彩數增加8倍。既然8bit就相當于256級灰階,那麼即是各個基色自身都有256種變化,相互組合時,能夠組成的彩色光總數就是256的三次方,就能再現1670萬種色彩,也就是「全彩」。同理,10bit就相當于1024級灰階,即1024種變化,相互組合時,能夠組成的彩色光總數就是1024的三次方──1073741824,即約為10.7億色。每種顏色bit數越大,其相鄰的兩個採樣點之間的差別就越小,這樣我們得到的顏色也就可以越接近於我們所希望得到的顏色。

但一般而言,人類肉眼所能分辦的顏色大概於4096色開始不明確,而再到了6.5萬色以後,人眼就很更難分辦出所有色彩,因此即使現在的顯示器標榜能顯然出26萬色到1678萬色,但對我們來說大概只能感到色彩平滑細膩,更加豐富艷麗,層次豐富。

現在的高清電視,不單只是顯示器的密度增加,而更在於採用了10bit記錄顏色,也即是比舊有的電視所能顯示的8bit色彩增加了64倍。

正因為肉眼無法分析出大量的色彩,這時對於映像另一個重要因素,就是明度(Value)。因為人眼對於明度的分析較為敏銳,可以同時看到至少5個等級的亮度,而且生理上人類可以靠瞳孔的收縮放大解決光線不足的問題,但是大部分的數位相機和螢幕只能捕捉和重現2-3個等級的亮度,甚至只能捕捉光圈內的光線而無法顯示出周邊的明度變化而出現缺陷。

傳統攝映技術無法完全顯示出景象的層次,即使是專業的攝影師,高級的器材,也無法完全映下完美的映像。留意雲層往往無法顯示出細膩的變化,在鏡頭中融結為一層

而在顯示器上, 當RGB 三種光的亮度一樣的時候,就呈現一種灰色,一般機器都因循8bit的範圍而只有0-255的灰度範圍,即是256種灰,0 階的灰色也就是黑色, 255階的灰色也就是白色。

但只要明白上文,就清楚到灰階的變化不只是有0-255個層次,更甚至的是,所謂的「黑」只是一個概念,在黑的環境之中,只是因為沒有光而不能反映出色彩,而非有一種單純的色彩叫「黑色」,因此在缺乏光的環境下,攝映器材因為無法分析出不同層次的明度,而出現了模糊的景象。因此,一直以來的攝影和顯示器材的侷限性是不足以完全捕捉和演繹現實環境,攝影技術最普遍的就是如果運用光營造出所需要的質感,距離感,清晰度等。由於如此,發展高動態範圍影像處理的目的,是在於要彌補攝影和人類視覺之間的差距。在數位攝影方面,HDRI一般是由多張在同一角度同一場景下不同曝光度的照片合成的,它的每一個象素可以包含超過一百萬級的光亮信息(32BIT)。而非一般的圖像的256級(8BIT),那麼攝影技術不會再有過度曝光或是曝光不足的情形,即使光線再弱,明度最低的區域,仍然可以分析出色彩,正因為如此,即使是一般的攝影使用者,也不需很多的調整動作,仍然可以做到完美的攝影;就電視來說,就能夠顯現出和肉眼一致的情景,甚至解決了電腦CG技術混入現實環境之間所採用光源不同的問題;對於玩電腦遊戲的人則更有置身於真實環境的感覺。


[1]

當年上CIT時就學過色階
倒是真正能用得著的都只有在修圖時....
HDRI當然不是不好
但用多了,倒也覺得真假難分

話時話
幹麼DEL了以前的東西

文謙
[引用] | 作者 文謙 | 10th Apr 2008 | [舉報垃圾留言]

[2]

其實寫本文時本想說如何在設計上運何HDRI的呢。結果偏離了航道,也因為自己對於攝影認知的不足....

同時HDRI的技術發展,令我想起了由中世紀的畫像到近代的油畫發展,同樣是走向重視人類視覺的極限,但詬病的是看HDRI太久,雙眼會很累。當然在出現了新技術以後,很快會走到新一種攝影手法,進而產生出另一種藝術主義

野心雖大,以現在的我現在無法寫得出來

而舊文嘛,個人覺得寫得不好,想修改
收起以免阻眼

Isaac Lai
[引用] | 作者 Isaac Lai | 10th Apr 2008 | [舉報垃圾留言]

[3]

連留言都刪了
你還真得閒

文謙
[引用] | 作者 文謙 | 11th Apr 2008 | [舉報垃圾留言]

[4]

我是那種容忍不了就會弄得一乾二淨的人

反而是你,高考如何啊
你也有閒在這逛....

Isaac Lai
[引用] | 作者 Isaac Lai | 11th Apr 2008 | [舉報垃圾留言]