Всё самое важное про HDR

Один знакомый мне как-то сказал: слушай, а чего все носятся с этим HDR сейчас, если это было ещё лет 10 назад в играх? И тут я понял, что в двух словах это не объяснишь. Так что, усаживайтесь поудобнее, сейчас расскажу, в чём же суть.

Итак, само слово HDR означает High Dynamic Range, то есть, широкий динамический диапазон. Вообще говоря, HDR как понятие может применяться практически где угодно, например, в сфере акустики и воспроизведения звука тоже есть своё HDR. Но мы сейчас будем говорить про изображение. А когда мы говорим об изображении, то после слов «широкий динамический диапазон…» нужно подставлять слово «…яркости». Впрочем, вы могли заметить, что чаще всего говоря о HDR почему-то упоминают цвет, а не яркость, но мы к этому ещё вернёмся. На самом деле, эти понятия тесно связаны, когда мы говорим о дисплеях.

Итак, яркость. Человеческий глаз — уникальный оптический прибор, который воспринимает какой-то там дикий диапазон яркости. В одном «кадре» мы можем видеть и очень яркие, сильно освещённые объекты, и довольно тёмные. Однако наш глаз всё равно не идеален и перестраивается, порой довольно долго. Например, выезжая из тёмного тоннеля мы не сразу адаптируемся к яркому свету снаружи, и наоборот. Кстати, знаете, зачем в самолётах требуют при посадке или взлёте открыть шторки иллюминатора? Или зачем пираты носили повязку на одном глазу? Всё дело именно в этом — в адаптации. В самолётах открытая шторка гарантирует, что в случае резкой необходимости покинуть салон, вашим глазам не придётся привыкать к освещению снаружи. Поэтому открывают шторки и выключают салонное освещение. А пиратам если вдруг надо было спуститься в трюм достаточно было снять повязку с одного глаза, который уже привык к темноте.

Короче говоря, мы имеем два практически взаимоисключаемых параграфа. Первый — то, что вообще говоря мы видим приличный диапазон яркости. Второй — что есть эффект привыкания в случае резкой смены освещения из-за невозможности увидеть настолько большой диапазон яркости, какой нам показывает природа.

Так вот, HDR в общем случае — это и про первое и про второе.

Когда в 2005-2006 году в видеоиграх появились «HDR эффекты», они были только про второе. В играх намеренно увеличивалась яркость светлых сцен и понижалась яркость тёмных сцен, в том числе, за счёт потери деталей в них. А в гоночных играх появился тот самый эффект временного ослепления при выезде из тоннеля.

Примерно так разработчики игр раньше представляли себе HDR.

Короче говоря, тот самый «старый» HDR — он был про ухудшение изображения и про уменьшение количества деталей, а не наоборот. И если вас удивляет — как это в играх разработчики сознательно портят изображение — то знайте же, что это случается повсеместно. Все эти модные уже нынче эффекты хроматической аберрации, глубины резкости и т.п. — они ведь, по сути, портят, деконструируют изображение, делая его частично менее чётким. А помните ещё модные в тех же 2000-х эффекты зернистости, типа как эмуляция плёнки фильма?

Как и в описанных случаях, в «старом» HDR изображение портилось, чтобы оно казалось лучше, чем есть на самом деле. Да, вот такой парадокс. Чем хуже детальность изображения, тем больше мозг человека дорисовывает сам. Достаточно лишь создать иллюзию реальности, используя пару-тройку хитрых способов. Кстати, в Need For Speed 2015 графика казалась крутой именно потому, что там была постоянная ночь, и в этой темноте скрывалось множество деталей.

Ещё HDR мы помним из фотографии. Все эти контрастные, «драматические» снимки природы, старых ржавых заводов и т.п. Там эффект другой, но по сути это тоже лишь эмуляция широкого динамического диапазона, а не сам ШДД.

Вот эти фотографии, на самом деле, тоже лишь эмулируют HDR. Я бы даже сказал, симулируют…

В чём суть: HDR-фотки «вытягиваются» либо из RAW-снимка, который по умолчанию имеет больше информации, чем готовый JPEG, либо делается несколько одинаковых снимков с разной экспозицией, где в одном случае всё пересвечено (и больше деталей в тенях), а в другом — затемнено (и больше деталей в светлых участках), потом всё это комбинируется в один снимок с сохранением деталей на всём диапазоне. Получается сужение динамического диапазона но с сохранением деталей. Какая-то информация при этом, безусловно, всё равно теряется, и информация эта — локальный контраст, да и вообще контраст. Мы видим на таких снимках, что яркость солнца мало чем отличается от яркости какой-нибудь лампочки. Да, такой снимок позволяет нам увидеть детали и в светлых и в тёмных участках одновременно, но за счёт того, что светлые становятся не такими уж светлыми, а тёмные не такими уж тёмными.

И вот тут мы подходим к «настоящему» HDR, от которого сегодня все и прутся. И если кратко, то да — его суть не в том, чтобы сузить диапазон, создав видимость HDR, а в том, чтобы расширить диапазон за счёт расширения возможностей техники.

Смотрите. В каждом дисплее каждый пиксель состоит из трёх субпикселей: красного, синего и зелёного. Цвет субпикселей постоянен, он не меняется (в LCD и OLED панелях), меняется лишь его яркость. В LCD — за счёт изменения светопропускания, в OLED — за счёт изменения яркости субпикселя.

Реальная фотография белой области на IPS-экране с матовым покрытием

Короче говоря, различные оттенки каждого субпикселя — это всего лишь различные градации его яркости. Помните, в самом начале я говорил, что HDR — это про яркость, а не именно про цвет, хотя все говорят про цвет? Вот в этом всё и дело. Меняя яркости всех трёх субпикселей мы получаем миллионы разных цветов всего пикселя. Ведь, субпиксели настолько мелкие, что глаз не видит их в отдельности.

Так вот. В обычном случае яркость каждого субпикселя кодируется числом от 0 до 255 (т.е. всего 256 значений). Это число можно записать в один байт, то есть, в 8 бит. Поэтому этот «обычный» режим цветности называют 8-битным, хотя если посчитать все субпиксели, то мы получим 24 бита. Количество оттенков, которые может показывать 8-битная матрица легко посчитать. 256 х 256 х 256 или 2х 2х 28 или 224 = 16,8 млн. Кстати, на практике большинство телевизоров (да и некоторые мониторы) показывают не полный диапазон цветов, а меньше. Каждый цвет в них кодируется числом от 16 до 235, то есть, вместо 256 значений на канал приходится лишь 220 значений на канал. Честно, не знаю, откуда это взялось и почему так и, как мне кажется, это полный отстой, но имейте ввиду. Самое ужасное, что «честный» 8-битный диапазон (0-255) называется «расширенным», а ограниченный, 16-235, «стандартным».

При этом, если вы настроите свою игровую консоль на вывод «расширенного» цвета, а ваш ТВ тянет только «стандартный», то вы получите чёрный цвет и белый цвет даже там, где должны быть какие-то детали.

Но вернёмся к HDR. Современный стандарт — HDR10 — предполагает использование 10-битных значений на каждый канал цвета. 10 бит — это числа от 0 до 1023, то есть, 1024 различных значения. В итоге мы получаем 1024 х 1024 х 1024 (или просто 230) = 1 млрд цветов. Это, конечно, всё ещё меньше, чем могут заснять современные фотоаппараты в RAW (по 14 бит на канал — запросто), но это огромная разница по сравнению с SDR, то есть, 8-битным цветом.

Таким образом, если «старый» HDR был лишь эмуляцией HDR, на деле сужая динамический диапазон, создавая ощущение широкого диапазона яркости, то «новый» HDR10 — это технология, которая позволяет дисплеям реально отображать больше диапазонов яркости каждого канала.

Конечно, адекватно сравнение между HDR и SDR можно показать только на HDR дисплее

И, разумеется, показать где-то на скриншотах или в видео как выглядит HDR10 невозможно, если только не на дисплее с поддержкой HDR10. Поэтому все эти рекламные и маркетинговые картинки — это тоже лишь эмуляция эффекта, по типу «старого» HDR.

Поделиться в соц. сетях

Опубликовать в Facebook
Опубликовать в Google Plus
Опубликовать в LiveJournal
Опубликовать в Мой Мир
Опубликовать в Одноклассники
Опубликовать в Яндекс