- 整体流程
- 详细流程
- PQ空间转换
- Amplify
- PG空间ColorGrading
- 线性空间ToneMapping
- 显示器亮度配适
- 对于hdr显示器
- 对于sdr显示器
- ToneMapping
- GumatMapping
- 相关资源制作
- DaVinCi ColorGrading Lut制作
- 引擎中导出图片或视频
- DaVinCi设置
- DaVinCi导入图片
- Lut导出cube
HDRColorGrading技术方案
为了兼容HDR显示屏和SDR显示屏，重新设计了ColorGading和ToneMapping的技术方案。
重点是合理控制颜色空间、亮度和显示器的配适。
整体流程
首先整体流程：
-
定义lighting Render Target，格式为R16G16B16A16.
-
光照计算结果需进行限制：65535，这部分是为了防止数据溢出。
- 进行HDR阶段的后处理。
-
HDR最后阶段：PQ空间的ColorGrading。这里需要有一个信号放大，用来缩放屏幕亮度和nits的匹配关系。
- 针对nits的ToneMapping：根据显示器的nits值选择对应的ToneMapping曲线。
为了能够更好地控制亮度的变化，我尝试使用显示器的nits值来做不同的ToneMapping。sdr为100nits, hdr为10000nits。sdr执行高强度的mapping，hdr执行低强度的mapping。其实原理和很简单，只要对颜色亮度做一个压缩，调整一下亮度范围即可。
- Gamut Mapping。
- 配适显示器亮度曲线。
颜色处理部分的代码如下：
float Amplify = 3;
float ExposureFract = 0.0001 * Amplify;
HDRColor *= ExposureFract;
float3 pqSpace = InvertPQcurve(saturate(HDRColor));
//PQ SPACE ColorLookupTable
HDRColor = PQcurve(pqSpace);
HDRColor /= ExposureFract;
// HDR Display
{
OUT.Color.xyz = ToneMapping1(HDRColor * Amplify);
}
// LDR Display
{
OUT.Color.xyz = ToneMapping2(HDRColor * Amplify);
}
详细流程
这部分说明关键步骤详细流程。
PQ空间转换
这里我们使用PQ空间，这样使用更多的数据位表示暗部数据。
Note:
这里对于哪个空间更好还是存疑的，因为使用PQ曲线是寒霜引擎的推荐（但是他针对的是端游），同时最后一步还要执行一次PQ，这样精度损失理论上是最小，不过还需要测试和对比。
PQ空间转换代码：
float3 InvertPQcurve(float3 x){
float c2 = 2413.0 / 128;
float c3 = 2392.0 / 128;
float c1 = c3 - c2 + 1.0;
float m1 = 1305.0 / 8192;
float m2 = 2523.0 / 32;
float3 y = pow( (c1 + c2 * pow(x,m1) )/(1 + c3 * pow(x,m1)), m2);
return y ;
}
PQ空间还原代码：
def PQcurve(x):
c2 = 2413.0 / 4096 * 32
c3 = 2392.0 / 4096 * 32
c1 = 3424 / 4096
m1 = 2610.0 / 4096 / 4
m2 = 2523.0 / 4096 * 128
y = pow((pow(x,1/m2)-c1) / (c2-c3*pow(x,1/m2)), 1.0/m1)
return y
PQ空间曲线：
Amplify
为了更好的配适亮度，需要一个缩放Amplify，模拟拍摄过程中的模拟信号放大。
PG空间ColorGrading
进入PQ空间之后采样制作好的PQ空间LUT：
这一步结束之后HDR的ColorGrading就制作完成了。
线性空间ToneMapping
颜色制作完成之后，我们就需要执行tonemap
Note:
我还是考虑使用计算方式的tonemap，不过大部分项目都选择把ToneMapping结合到lut当中去，这里也可以延续这个做法。
但是有个关键的问题是ColorGrading可以用来修改气氛，不同的场景是可以修改的，并且最好sdr和hdr使用同一套内容。所以优先希望简化tonemapping曲线，而不是合并lut。
针对不同的显示器需要不同的曲线。
显示器亮度配适
在输出之前要确定亮度正确的编码，以被不同的显示器正确显示。
对于hdr显示器
如果使用R10G10B10A2格式（目前确认过，HDR支持全部使用这种格式）需要使用PQ曲线进行mapping。
如果使用R16G16B16，使用线性缩放。
对于sdr显示器
如果使用sRGB8，使用线性压缩。
如果使用RGB8U，使用Gamma曲线mapping。
ToneMapping
hdr显示器Displaymapping曲线设计
可以考虑使用UE的FilmToneMapping，这部分会和Sdr显示器有较大区别。
Sdr显示器Display Mapping曲线设计
目前根据常规做法，可以使用ACESFilmToneMapppiong曲线。
Note
当然也可以使用UE的Filmic，不过参数完全不同，效果也一样会有所差别。
GumatMapping
颜色空间的映射需要确定，目前来看是没有进行任何mapping。
相关资源制作
DaVinCi ColorGrading Lut制作
需要制作的资源主要是lut。
引擎中导出图片或视频
导出的图片是linear空间的hdr数据，直接进行PQ编码，得到PQ编码后的文件。此时的数据范围为：0-1.
DaVinCi设置
我们所有的设置都在HDR的PQ空间中进行。所以对于不同的显示器只需要用同一个LUT即可。
DaVinCi的设置大部分保持默认，LookUpTabbles保证为空：
在HDR显示器上进行Lut制作时的设置：
在SDR显示器上进行Lut制作时的设置，这里设置取决于我们如何执行Gamut Mapping，也可以保持和HDR一样：
我们不需要开启Node的HDR mode，只是控制有所区别，对于结果没有影响。
DaVinCi导入图片
直接将图片拖拽到Clip中即可，然后打开Color面板进行调整。
Lut导出cube
完成设置后右键clip点击Generate 3D LUT(33 Point Cube)即可。
此时我们会得到一张.cube文件，大小为33 * 33 * 33的三维纹理。
cube文件转换成引擎可用的lut
下面我们要把从DaVinCi当中导出的.cube文件转化成二维纹理。
打开PS，加载默认的LUT文件（就是netrual lut，不对图像产生影响的lut）。
确定颜色模式为RGB
开启颜色查找功能：
使用默认选项点击确认，得到lut图层：
下面是LUT的图层控制面板：
配置完成之后就得到了修改好的lut，保存成非压缩的png即可：
