HDR技術(shù)詳解（噪點(diǎn)問(wèn)題的解決方案篇）

HDR技術(shù)詳解（理論篇）

1.GI通道噪點(diǎn)產(chǎn)生的原因與解決方案

HDR圖片一般不能直接對(duì)場(chǎng)景照明，依賴GI運(yùn)算來(lái)照亮場(chǎng)景。很多時(shí)候，會(huì)由于HDR圖片內(nèi)容很豐富，而導(dǎo)致GI通道產(chǎn)生噪點(diǎn)，一般會(huì)提高GI的精度來(lái)減少噪點(diǎn)，但是渲染時(shí)間就長(zhǎng)了。

這里給大家介紹一個(gè)解決GI通道噪點(diǎn)的方案。

GI通道產(chǎn)生噪點(diǎn)的原因是這樣的：我們的GI決定每個(gè)點(diǎn)的照明的顏色和亮度的時(shí)候，先會(huì)從攝像機(jī)像這個(gè)像素點(diǎn)發(fā)出一條射線，當(dāng)這個(gè)射線打到這個(gè)像素以后，會(huì)爆開(kāi)一個(gè)半球形的射線集合，這些射線又去場(chǎng)景里面去找周圍環(huán)境的亮度和色彩信息，收集完了以后，會(huì)把所有射線收集的信息全部加起來(lái)，除以射線的數(shù)量，得到一個(gè)平均值。這個(gè)平均值，就是這個(gè)像素點(diǎn)的GI信息了。

對(duì)于一個(gè)對(duì)比度稍微大一點(diǎn)的HDR圖來(lái)說(shuō)，圖片上肯定有些區(qū)域有高亮，比如我這個(gè)例子里面的太陽(yáng)。太陽(yáng)很小，但是卻異常的亮。每當(dāng)有射線射中這個(gè)太陽(yáng)的時(shí)候，就會(huì)對(duì)平均值增加不少的亮度。但是在你采樣不高的時(shí)候，就會(huì)出現(xiàn)圖中的情況，所有的采樣射線都射空了！沒(méi)有擊中太陽(yáng)，那么這個(gè)點(diǎn)的亮度信息就會(huì)比較弱。

但是采樣是隨機(jī)的，也有的時(shí)候，有的射線就正好射到了太陽(yáng)，那么平均下來(lái)的亮度就比較亮。

當(dāng)你的GI采樣低的時(shí)候，你的射線數(shù)量就少，你射中太陽(yáng)的概率就低，但有的時(shí)候又運(yùn)氣好能射中，完全看運(yùn)氣。于是你渲染出來(lái)的GI通道就會(huì)有一些亮斑，就是這么來(lái)的。
如果你狂提精度，射線數(shù)量非常多，那么射中的概率就很高，于是每個(gè)點(diǎn)算的亮度都基本是正確的，就不會(huì)出現(xiàn)亮斑和噪點(diǎn)，但是渲染時(shí)間也上去了。

那問(wèn)題怎么解決？從產(chǎn)生的原因來(lái)說(shuō)的話，就是場(chǎng)景里有些地方對(duì)比對(duì)很大，區(qū)域又小，很難射中。那么，我們就把整個(gè)圖片進(jìn)行一個(gè)模糊處理，讓圖片區(qū)域和區(qū)域之間的差異降低，讓那些小太陽(yáng)，變成大太陽(yáng)，更容易擊中。于是，就可以在保持GI精度不那么高的時(shí)候，依然可以得到干凈的GI通道。
但是馬上會(huì)有聰明的朋友說(shuō)，你一模糊圖片，信息不是就模糊了嗎？其實(shí)沒(méi)關(guān)系，因?yàn)镚I影響的是漫反射，而漫反射對(duì)于光源的細(xì)節(jié)并不敏感。只要我們有差不多的太陽(yáng)在同樣的方向，亮度也差不多，那么被影響的漫反射的結(jié)果就差不多。

同樣的精度下。上圖是清晰的HDR照明結(jié)果，下圖是模糊并且縮小了的HDR照明效果。從照明的結(jié)果上來(lái)看，基本效果很接近，只是模糊了以后，噪點(diǎn)顯著減少！

但是還有這樣的問(wèn)題，你的HDR圖片模糊了，那我渲染有反射的物體的時(shí)候，反射豈不是也模糊了？而且如果我想要HDR圖作為背景，那么背景也模糊啦。

沒(méi)關(guān)系，我們可以使用一些渲染器自身的設(shè)置來(lái)規(guī)避。

如圖，使用vray渲染器，將background、reflection和refraction設(shè)為清晰的HDR圖，而GI texture則使用模糊了的HDR圖。這樣我們即享受了模糊的HDR圖對(duì)GI對(duì)漫反射的貢獻(xiàn)，又享受了清晰的HDR圖對(duì)反射折射的貢獻(xiàn)。一舉兩得，完美解決。

3.reflection通道產(chǎn)生噪點(diǎn)的解決方案

以上是反射特別干凈，材質(zhì)球glossiness值為1時(shí)的情況。當(dāng)你的材質(zhì)有一定的反射模糊的時(shí)候，又會(huì)出現(xiàn)另外一種問(wèn)題：反射通道噪點(diǎn)的問(wèn)題。

上圖是當(dāng)反射模糊精度為8時(shí)。

上圖是當(dāng)反射模糊精度為32時(shí)。

上圖是當(dāng)反射模糊精度為128時(shí)。

可以看出，想要消除噪點(diǎn)，需要非常高的反射模糊精度。但是渲染時(shí)間又會(huì)飛速上升。有沒(méi)有類似剛才的取巧的方法可以一舉兩得呢？其實(shí)是有的。

你再觀察上面的圖片。會(huì)發(fā)現(xiàn)，精度到32的時(shí)候，有噪點(diǎn)的地方主要集中在最亮的白色區(qū)域，那一塊其實(shí)反射的是太陽(yáng)。也就是說(shuō)反射模糊最大的計(jì)算難題還是太陽(yáng)。

跟前面說(shuō)的原理很類似，反射模糊也是從攝像機(jī)發(fā)射線去找場(chǎng)景里面的亮度，收集在一起再算平均值。只不過(guò)反射模糊爆出來(lái)的射線不是半球形，而是跟自己模糊程度相關(guān)的一個(gè)扇形。

所以，原理很類似，產(chǎn)生的原因同樣是由于太陽(yáng)太小了，射線不容易射中！那反射通道是不可以模糊的�。≡趺崔k呢？

這里，我想了一個(gè)很巧妙的方法。前段時(shí)間在SIGGRAPH會(huì)展上和konstantin交流的時(shí)候得知他也是用的一樣的方法！

具體方法是這樣的。既然產(chǎn)生噪點(diǎn)的是你太陽(yáng)，那么我們?cè)趫D片上直接把你太陽(yáng)給抹掉。你可能會(huì)驚訝說(shuō)，那照明效果就不對(duì)啦！沒(méi)關(guān)系，我們可以在圖片上相同的位置，放置一盞平行光，或者sun節(jié)點(diǎn)，來(lái)模擬太陽(yáng)。那么軟件生成的光源，不是正的光源，只要知道位置，計(jì)算機(jī)就自動(dòng)能計(jì)算出非常完美的模糊效果，不會(huì)有噪點(diǎn)。問(wèn)題就這樣解決啦！

如圖，手動(dòng)將HDR圖的太陽(yáng)涂抹掉以后，添加軟件里的太陽(yáng)�？梢缘玫酵昝赖母吖夥瓷�，并且陰影的軟硬程度，太陽(yáng)的顏色都可以控制了。結(jié)果非常令人滿意。

對(duì)于具體操作想要了解更多，記得來(lái)看視頻哦。

至此，關(guān)于HDR相關(guān)的知識(shí)，基本上都已經(jīng)提到了。這篇文字教程寫完都快八千字了，我還要錄制視頻教程。做這樣一起教程確實(shí)是很辛苦的。而且到后面的內(nèi)容確實(shí)是非常具有實(shí)戰(zhàn)價(jià)值，我基本毫無(wú)保留地分享了這些年知識(shí)的結(jié)晶。如果覺(jué)得確實(shí)不錯(cuò)的話，不要吝嗇，記得分享給更多的朋友受益哦~轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處，尊重知識(shí)。