NVIDIA游戲動(dòng)力源泉！三重威力全攻略
HDR即“High-Dynamic Range”，高動(dòng)態(tài)范圍光照的簡稱。我們知道，電腦能夠顯示的顏色包括紅、綠、藍(lán)、Alpha共4個(gè)通道，每個(gè)通道擁有8bit、也就是256種顏色，每存儲(chǔ)一種顏色需要4個(gè)8bit即32bit的空間。
在這種圖像描述模型中，畫面中的每個(gè)像素色彩和亮度值都是由整數(shù)來表示。但是在處理圖片時(shí)，這種精度依然無法代表人肉眼可以看到的真實(shí)世界，難以滿足實(shí)際使用的要求。并且隨著進(jìn)一步的圖形處理運(yùn)算，顏色部分還會(huì)產(chǎn)生細(xì)微的變化，經(jīng)過反復(fù)多次運(yùn)算的積累后，還會(huì)產(chǎn)生色彩細(xì)節(jié)丟失問題，無法真實(shí)再現(xiàn)自然的光照情況。
與采用8位紋理格式（24/32位顏色每像素）的“傳統(tǒng)渲染”（LDR, Low Dynamic Range）模式相比，HDR可以支持電影業(yè)常用的fp16/fp32紋理格式（每像素采用64/128位浮點(diǎn)數(shù)），并支持fp16格式的混合和濾波操作。LDR只能表現(xiàn)出256：1的動(dòng)態(tài)范圍（每種顏色的兩度范圍），而人眼能夠感知的亮度范圍是1014：1,因此傳統(tǒng)的8位整數(shù)格式難以表現(xiàn)出真實(shí)世界的光照情況。而NVIDIA HDR技術(shù)采用fp16的紋理格式，能夠支持1012：1以上的動(dòng)態(tài)范圍，因此可以表現(xiàn)出非常逼真的光照效果。
◎ 為什么需要HDR
為了解決這一問題，NVIDIA從GeForce 6開始引入了HDR高動(dòng)態(tài)范圍光照技術(shù)，采用4個(gè)16bit或4個(gè)32bit，達(dá)到64bit或128bit帶寬的色彩光照像素浮點(diǎn)格式。顧名思義，這種全新的渲染方式對于三維空間的光線表現(xiàn)有著明顯的改善作用。其主旨就在于將組成畫面的每個(gè)像素的色彩、亮度等光照參數(shù)，以更為精確的形式表達(dá)和存儲(chǔ)，使其更接近于實(shí)際的物理環(huán)境。簡單來說，讓色彩和光照灰度更加層次豐富，過渡飽滿不失真。做到“亮的地方真正地亮，暗的地方真正地暗”。
《帝國時(shí)代3》開啟HDR前后效果對比
◎ HDR技術(shù)分析及其重要性
結(jié)合NVIDIA HDR技術(shù)，高動(dòng)態(tài)范圍光照就能夠高效、漂亮地執(zhí)行。渲染任務(wù)可以分為為三個(gè)環(huán)節(jié)——光傳遞、光調(diào)影射、色彩及伽瑪糾正。HDR可以將畫面中的每個(gè)像素的色彩和亮度值用實(shí)際物理參數(shù)或是線性函數(shù)來表示，而不再像過去那樣只能限定用整數(shù)。這樣支持HDR技術(shù)的GPU就可以將大量的色彩數(shù)據(jù)以原有精度（或近似原有精度）保存起來，盡可能地避免了色彩失真情況。由于在實(shí)際應(yīng)用中，電腦無法達(dá)到無限的取值范圍，所以NVIDIA采用了由Industrial Light & Magic開發(fā)，基于工業(yè)光魔（ILM）的標(biāo)準(zhǔn)16位OpenEXR格式——用1個(gè)bit位來標(biāo)志“指數(shù)”，5bit來存放指數(shù)的值，10bit存放色度坐標(biāo)（u，v）的尾數(shù)。其動(dòng)態(tài)范圍從6.14×10-5到6.41×104，在顯卡中處理分為3個(gè)步驟：
1．將畫面用高光照動(dòng)態(tài)范圍渲染，并儲(chǔ)存每個(gè)象素的亮度特性，而著色器、紋理過濾以及緩存操作都支持浮點(diǎn)格式；
?。玻畬DR高動(dòng)態(tài)畫面轉(zhuǎn)成RGBA或sRGB等低動(dòng)態(tài)范圍的畫面；
?。常?jīng)過色彩和伽瑪校正后傳送到顯示設(shè)備。人類眼睛對光的相應(yīng)呈對數(shù)關(guān)系。事實(shí)上，人類的眼睛對較低光度的光更敏感，能看到暗處細(xì)節(jié)要比更高光照強(qiáng)度處更豐富。伽馬糾正的目的就是為了讓顯示器能正確地再現(xiàn)人類眼睛的這種視覺效果。
通過HDR技術(shù)，游戲開發(fā)人員可以輕松地利用先進(jìn)的著色、混合、過濾和紋理功能，創(chuàng)造彩虹色、動(dòng)作模糊和柔和陰影等準(zhǔn)確的效果。在最新的優(yōu)異3D游戲中，HDR高動(dòng)態(tài)范圍光照技術(shù)的效果表現(xiàn)相當(dāng)?shù)孛黠@，可以呈現(xiàn)出非常細(xì)微的光線變化，幫助用戶獲得最真實(shí)的光影體驗(yàn)。開發(fā)人員依然能在優(yōu)先考慮內(nèi)存空間利用率的時(shí)候使用16位模式， 但是現(xiàn)在他們在更廣闊的實(shí)時(shí)渲染應(yīng)用范圍上能夠達(dá)成更高品質(zhì)的畫面。用戶會(huì)賞識(shí)并樂意于看到更豐富、更絢麗的畫面體驗(yàn)，游戲開發(fā)人員能以此拋離其競爭對手。
而這種畫面質(zhì)量的改善，是簡單地提升“顯卡頻率”所無法做到的，這也讓人們充分認(rèn)識(shí)到了各項(xiàng)渲染技術(shù)的重要性。
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