HDR技術(shù)詳解（噪點問題的解決方案篇）

HDR技術(shù)詳解（理論篇）

1.GI通道噪點產(chǎn)生的原因與解決方案

HDR圖片一般不能直接對場景照明，依賴GI運算來照亮場景。很多時候，會由于HDR圖片內(nèi)容很豐富，而導(dǎo)致GI通道產(chǎn)生噪點，一般會提高GI的精度來減少噪點，但是渲染時間就長了。

這里給大家介紹一個解決GI通道噪點的方案。

GI通道產(chǎn)生噪點的原因是這樣的：我們的GI決定每個點的照明的顏色和亮度的時候，先會從攝像機像這個像素點發(fā)出一條射線，當這個射線打到這個像素以后，會爆開一個半球形的射線集合，這些射線又去場景里面去找周圍環(huán)境的亮度和色彩信息，收集完了以后，會把所有射線收集的信息全部加起來，除以射線的數(shù)量，得到一個平均值。這個平均值，就是這個像素點的GI信息了。

對于一個對比度稍微大一點的HDR圖來說，圖片上肯定有些區(qū)域有高亮，比如我這個例子里面的太陽。太陽很小，但是卻異常的亮。每當有射線射中這個太陽的時候，就會對平均值增加不少的亮度。但是在你采樣不高的時候，就會出現(xiàn)圖中的情況，所有的采樣射線都射空了！沒有擊中太陽，那么這個點的亮度信息就會比較弱。

但是采樣是隨機的，也有的時候，有的射線就正好射到了太陽，那么平均下來的亮度就比較亮。

當你的GI采樣低的時候，你的射線數(shù)量就少，你射中太陽的概率就低，但有的時候又運氣好能射中，完全看運氣。于是你渲染出來的GI通道就會有一些亮斑，就是這么來的。
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，于是每個點算的亮度都基本是正確的，就不會出現(xiàn)亮斑和噪點，但是渲染時間也上去了。

那問題怎么解決？從產(chǎn)生的原因來說的話，就是場景里有些地方對比對很大，區(qū)域又小，很難射中。那么，我們就把整個圖片進行一個模糊處理，讓圖片區(qū)域和區(qū)域之間的差異降低，讓那些小太陽，變成大太陽，更容易擊中。于是，就可以在保持GI精度不那么高的時候，依然可以得到干凈的GI通道。
但是馬上會有聰明的朋友說，你一模糊圖片，信息不是就模糊了嗎？其實沒關(guān)系，因為GI影響的是漫反射，而漫反射對于光源的細節(jié)并不敏感。只要我們有差不多的太陽在同樣的方向，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)果上來看，基本效果很接近，只是模糊了以后，噪點顯著減少！

但是還有這樣的問題，你的HDR圖片模糊了，那我渲染有反射的物體的時候，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。

沒關(guān)系，我們可以使用一些渲染器自身的設(shè)置來規(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GI對漫反射的貢獻，又享受了清晰的HDR圖對反射折射的貢獻。一舉兩得，完美解決。

3.reflection通道產(chǎn)生噪點的解決方案

以上是反射特別干凈，材質(zhì)球glossiness值為1時的情況。當你的材質(zhì)有一定的反射模糊的時候，又會出現(xiàn)另外一種問題：反射通道噪點的問題。

上圖是當反射模糊精度為8時。

上圖是當反射模糊精度為32時。

上圖是當反射模糊精度為128時。

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

你再觀察上面的圖片。會發(fā)現(xiàn)，精度到32的時候，有噪點的地方主要集中在最亮的白色區(qū)域，那一塊其實反射的是太陽。也就是說反射模糊最大的計算難題還是太陽。

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

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

這里，我想了一個很巧妙的方法。前段時間在SIGGRAPH會展上和konstantin交流的時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)生噪點的是你太陽，那么我們在圖片上直接把你太陽給抹掉。你可能會驚訝說，那照明效果就不對啦！沒關(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，來模擬太陽。那么軟件生成的光源，不是正的光源，只要知道位置，計算機就自動能計算出非常完美的模糊效果，不會有噪點。問題就這樣解決啦！

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

對于具體操作想要了解更多，記得來看視頻哦。

至此，關(guān)于HDR相關(guān)的知識，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是很辛苦的。而且到后面的內(nèi)容確實是非常具有實戰(zhàn)價值，我基本毫無保留地分享了這些年知識的結(jié)晶。如果覺得確實不錯的話，不要吝嗇，記得分享給更多的朋友受益哦~轉(zhuǎn)載請注明出處，尊重知識。