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Tone Mapping

Grundlegende Eigenschaften

Operator

Lineare Modi

Die linearen Modi haben die Eigenschaft, alle Bildbereiche gleichmäßig aufzuhellen bzw. abzudunkeln. Das hat den Nachteil, dass bestimmte Bildbereiche "absaufen" können.

Linear

Skalierung [0..+∞]

Ein einfacher Modus, der einfach alle Farbwerte mit dem Faktor Skalierung multipliziert. Es werden also sowohl dunkle, als auch helle Bildbereiche gleich angehoben bzw. abgesenkt.

Fotolinear

Belichtung [0..+∞]
ISO [0..+∞]
Blende [0..+∞]
Gamma [0..+∞]

Sollten Sie fotographische Kenntnisse haben, fühlen Sie sich mit diesen Einstellungen zu Hause. Sie können dann mittels der von Kameras bekannten Einstellungen Belichtung (je größer der Wert, desto heller), ISO (je größer der Wert – er repräsentiert die Film- bzw. Sensorempfindlichkeit –, desto heller) und Blende (je größer, desto dunkler) das Ergebnis regulieren.

Mit dem Gamma-Wert können zusätzlich die Mitteltöne des Bildes angehoben (größere Werte) bzw. abgesenkt (kleinere Werte) werden (was streng genommen kein lineares Verhalten ist, sofern der Wert ungleich 1 ist).

Autolinear

Dieser Operator ist mit der Autobelichtung eines Fotoapparates zu vergleichen: es wird ein durchschnittlicher Helligkeitswert des Bildes ermittelt und aufgrund dessen – basierend auf den Formeln von Fotolinear – intern sinnvolle Werte für Belichtung und Blende angenommen. Danach kann noch mit dem Gamma-Wert eine entsprechende Gammakorrektur (s.a. vorherigen Absatz) vorgenommen werden.

Max. Weiss

Hier wird der hellste Punkt ermittelt und dieser auf Weiss gesetzt, der Rest des Bildes wird relativ dazu "skaliert". Haben Sie sehr helle Beriche im Bild, werden die eher dunkleren dann meist zu dunkel oder gleich schwarz.

Nicht linearer Modus

Reinhard 02

Präskalierung [0..+∞]
Postskalierung [0..+∞]
Einbrennen [0..+∞]

3 Reinhard-Kurven mit unterschiedlichen Einbrennen-Werten (von 1. bis 3. zunehmenden Werten).

Der Reinhard-Operator basiert auf in der Fotographie verwendeten Tone Mapping Techniken. Wie sie obigem Kurvenverlauf entnehmen können, werden vor allem helle Bereiche komprimiert. Diese Tone Mapping Methode ist eine der im Renderbereich am meisten genutzte.

Die Preskalierung wirkt primär auf die dunkleren Bereiche (hiermit können also mit höheren Werten Schattenbereiche aufgehellt werden) während Postskalierung als allgemeiner Helligkeitsregler verstanden werden kann. Einbrennen wirkt wie oben in der Abbildung zu sehen auf den Kurvenverlauf und überblendet sozusagen zwischen linearem und exponentiellem Kurvenverlauf.

Beispiel

Gegeben sei folgende Szene, hier gerendert ohne Tone Mapping:

Das linke, leuchtende Material hat eine Helligkeit von 250%, rechts im Dunkeln befindet sich eine Kugel.

Wie Sie sehen, gibt es überstrahlte und sehr dunkle Bereiche; alles andere als optimal. Sehen Sie im Folgenden, wie sich einige der Operatoren schlagen:

"Fotolinear" wurde hier weggelassen, da es sich ähnlich wie die anderen linearen Operatoren verhält.

Wie Sie anhand der Abbildungen erkennen können, arbeitet hier "Autolinear" (in Verbindung mit Gamma) am besten: allzu helle Bereiche werden abgedunkelt, während dunkle aufgehellt werden. "Reinhard" funktioniert bei vorliegender Szene nicht so gut: sehr dunkle Bereiche können nicht adäquat aufgehellt werden. Dieser Operator arbeitet am besten bei Szenen, die gleichmäßiger beleuchtet sind und keine sehr dunklen Bereiche aufweisen (also z.B. bei Innenraumrenderings).

Die linearen Operatoren können bei vorliegender Szene nicht besonders punkten, da sie entweder helle Bereiche absenken, wobei dunkle noch dunkler werden oder dunkle Bereiche aufhellen, wobei die hellen dann aber überstrahlen.