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HDR y Tone Mapping
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Luminancia
• Es lo que mas comúnmente llaman “brillo”.
• Medida fotométrica de la intensidad luminosa por unidad de área de luz en una dirección.
• Podemos ver desde ~10 ⁶ cd/m² hasta ~10⁸ cd/m².⁻
• Pero el rango de respuesta es bastante menor.
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Dynamic Range
• La razón aritmética entre el mínimo valor posible y el máximo valor posible de una cantidad dinámica.
• Low Dynamic Range
• Formatos
• JPG, TGA, PNG, etc.
• Medios
• Monitores CRT/LCD standard, impresoras, etc.
• High Dynamic Range
• Formatos
• OpenEXR, Radiance HDR, TIFF, etc.
• Medios
• Monitores HDR
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Lightmapping
* =
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LDR vs HDR
Lightmap LDR Lightmap HDR
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LDR vs HDR
Lightmap LDR * 0.5f Lightmap HDR * 0.5f
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LDR vs HDR
Lightmap LDR * 0.25f Lightmap HDR * 0.25f
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Monitor LDR
• Westinghouse LVM-37W1
• Contraste 1500:1
• Luminancia 0.50 cd/m² a 550 cd/m²
• Precio: 1550 USD
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Monitor HDR
• Dolby/Brightside DR37-P
• Contraste 200000:1
• Luminancia 0 cd/m² a 4000 cd/m²
• Precio: ~45000 USD
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Monitor LDR vs HDR
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Monitor LDR vs HDR
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Monitor LDR vs HDR
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Problema
• Dinero…
• Representación de datos HDR en medios LDR
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Solucion
• Tone Mapping
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Operadores de Tone Mapping
• Globales
• Operan sobre cada pixel basado en un promedio para toda la imagen.
• Son los operadores mas baratos a nivel performance.
• Sumamente paralelizables.
• Locales
• Operan basados en un promedio local a cada pixel.
• Mantienen detalle local a diferencia de los operadores globales.
• Permiten una mayor compresión de rango dinámico sin tanta perdida de información.
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Visión humana y tone mapping
• Los factores mas importantes son:
• La pupila.
• No es tan significante como se cree.
• Fotorreceptores:
• Conos
• Responsables por la visión fotópica (de ~10 cd/m² a ~10⁸ cd/m²).
• Responsables de la percepción de colores.
• Bastones
• Responsables por la visión escotópica (de ~10 ² ⁻cd/m² a ~10 ⁶ cd/m²)⁻ .
• No sumamente sensibles a la luz pero no a los colores.
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Modelado de receptores
• Ecuación de Michaelis-Menten:
•
• es la respuesta del fotorreceptor.
• es la respuesta máxima.
• es la intensidad de la luz.
• es una constante de semisaturacion.
• es exponente para control de sensibilidad donde
• Modificando sigma es posible representar las curvas de respuesta de los conos y bastones.
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Modelado de receptores
• Ecuación de Xie-Stockham:
•
•
•
• indexan al pixel que se esta evaluando.
• es el promedio de luminancia alrededor del pixel.
• Es preferible usar filtros para evitar halos alrededor de los bordes.
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Modelado de receptores
• Armando el rompecabezas:
•
•
• Donde la luminancia es:
•
•
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Modelado de receptores
• Ecuación de Jensen - Premoze:
•
• Es la vision mesopica con valores entre 0 y 1.
• Se utiliza para computar la respuesta final en un pixel.
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Modelado de receptores
• Ecuación de Pattanaik:
•
•
• Y finalmente para aplicar al pixel final
•
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Resultado
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Notas de implementacion
• La iluminación debe estar en cd/m².
• Es un proceso de dos pasos
• Primero luminancia general.
• Segundo tone mapping.
• Lo mas costoso es la obtencion de la luminancia general y el filtrado de la luminancia local.
• El modelo se puede expander facilmente a modelado de adaptacion a travez del tiempo.
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