Renderización de alto rango dinámico

El ojo humano puede percibir escenas con una relación de contraste dinámico muy alta, alrededor de 1.000.000:1. La adaptación se logra en parte a través de ajustes del iris y cambios químicos lentos, que toman algún tiempo (por ejemplo, la demora en poder ver cuando se cambia de una iluminación brillante a una oscuridad total). En un momento dado, el rango estático del ojo es más pequeño, alrededor de 10.000:1. Sin embargo, esto sigue siendo más alto que el rango estático de la mayoría de las tecnologías de visualización.

Aunque muchos fabricantes afirman números muy altos, las pantallas de plasma, pantallas LCD y pantallas CRT pueden ofrecer solo una fracción de la relación de contraste que se encuentra en el mundo real, y generalmente se miden en condiciones ideales. El contraste simultáneo del contenido real en condiciones normales de visualización es significativamente menor.

Se puede lograr cierto aumento en el rango dinámico en los monitores LCD reduciendo automáticamente la luz de fondo para las escenas oscuras. Por ejemplo, LG llama a esta tecnología "Digital Fine Contrast";[10] Samsung lo describe como "relación de contraste dinámico". Otra técnica es tener una matriz de retroiluminación LED más brillante y más oscura, por ejemplo, con sistemas desarrollados por BrightSide Technologies.

Las pantallas OLED tienen mejores capacidades de rango dinámico que las LCD, similares al plasma pero con menor consumo de energía. rec. 709 define el espacio de color para HDTV y Rec. 2020 define un espacio de color más grande pero aún incompleto para la televisión de ultra alta definición.

El florecimiento de la luz (Light blooming) es el resultado de la dispersión en la lente humana, que el cerebro humano interpreta como un punto brillante en una escena. Por ejemplo, una luz brillante en el fondo parecerá desvanecerse sobre los objetos en primer plano. Esto se puede usar para crear una ilusión para que el punto brillante parezca más brillante de lo que realmente es.[5]

Flare es la difracción de la luz en la lente humana, lo que resulta en "rayos" de luz que emanan de pequeñas fuentes de luz, y también puede resultar en algunos efectos cromáticos. Es más visible en fuentes de luz puntuales debido a su pequeño ángulo visual.[5]

De lo contrario, los sistemas de renderizado HDR tienen que mapear el rango dinámico completo de lo que el ojo vería en la situación renderizada en las capacidades del dispositivo. Este mapeo de tonos se realiza en relación con lo que ve la cámara de escena virtual, combinado con varios efectos de pantalla completa, por ejemplo, para simular el polvo en el aire que está iluminado por la luz solar directa en una caverna oscura, o la dispersión en el ojo.

El mapeo de tonos y los sombreadores de floración se pueden usar juntos para ayudar a simular estos efectos.

El mapeo de tonos, en el contexto de la representación de gráficos, es una técnica utilizada para mapear colores desde un rango dinámico alto (en el que se realizan cálculos de iluminación) a un rango dinámico más bajo que coincida con las capacidades del dispositivo de visualización deseado. Por lo general, el mapeo no es lineal: conserva suficiente rango para los colores oscuros y limita gradualmente el rango dinámico para los colores brillantes. Esta técnica a menudo produce imágenes visualmente atractivas con buen detalle y contraste en general. Existen varios operadores de mapeo de tonos, que van desde métodos simples en tiempo real utilizados en juegos de computadora hasta técnicas más sofisticadas que intentan imitar la respuesta perceptiva del sistema visual humano.

Los efectos de sombreado complejos comenzaron sus días con el lanzamiento de Shader Model 1.0 con DirectX 8. Shader Model 1.0 iluminó mundos 3D con lo que se denomina iluminación estándar. La iluminación estándar, sin embargo, tenía dos problemas:

1. La precisión de la iluminación se limitó a números enteros de 8 bits, lo que limitó la relación de contraste a 256:1. Con el modelo de color HVS, el valor (V) o el brillo de un color tiene un rango de 0 a 255. Esto significa que el blanco más brillante (un valor de 255) es solo 255 niveles más brillante que el tono más oscuro por encima del negro puro (es decir, valor de 0).
2. Los cálculos de iluminación se basaban en números enteros, lo que no ofrecía tanta precisión porque el mundo real no se limita a números enteros.

El 24 de diciembre de 2002, Microsoft lanzó una nueva versión de DirectX. DirectX 9.0 presentó Shader Model 2.0, que ofrecía uno de los componentes necesarios para permitir la representación de imágenes de alto rango dinámico: la precisión de la iluminación no se limitaba a solo 8 bits. Aunque 8 bits era el mínimo en las aplicaciones, los programadores podían elegir hasta un máximo de 24 bits para la precisión de iluminación. Sin embargo, todos los cálculos seguían basados en números enteros. Una de las primeras tarjetas gráficas que admitió DirectX 9.0 de forma nativa fue la Radeon 9700 de ATI, aunque el efecto no se programó en los juegos durante años. El 23 de agosto de 2003, Microsoft actualizó DirectX a DirectX 9.0b, lo que permitió el perfil Pixel Shader 2.x (extendido) para la serie Radeon X de ATI y la serie de unidades de procesamiento de gráficos GeForce FX de NVIDIA.

El 9 de agosto de 2004, Microsoft actualizó DirectX una vez más a DirectX 9.0c. Esto también expuso el perfil Shader Model 3.0 para High-Level Shader Language (HLSL). La precisión de iluminación de Shader Model 3.0 tiene un mínimo de 32 bits en comparación con el mínimo de 8 bits de 2.0. Además, todos los cálculos de precisión de iluminación ahora se basan en comas flotantes. NVIDIA afirma que las relaciones de contraste con Shader Model 3.0 pueden llegar a 65535:1 con una precisión de iluminación de 32 bits. Al principio, HDRR solo era posible en tarjetas de video capaces de efectos Shader-Model-3.0, pero los desarrolladores de software pronto agregaron compatibilidad para Shader Model 2.0. Como nota al margen, cuando se lo conoce como Shader Model 3.0 HDR, HDRR realmente se realiza mediante la combinación FP16. La combinación de FP16 no forma parte de Shader Model 3.0, pero es compatible principalmente con tarjetas que también admiten Shader Model 3.0 (las excepciones incluyen la serie GeForce 6200). La mezcla FP16 se puede usar como una forma más rápida de renderizar HDR en videojuegos.

Shader Model 4.0 es una función de DirectX 10, que se lanzó con Windows Vista. Shader Model 4.0 permite la representación HDR de 128 bits, a diferencia del HDR de 64 bits en Shader Model 3.0 (aunque esto es teóricamente posible en Shader Model 3.0).

Shader Model 5.0 es una característica de DirectX 11. Permite la compresión 6:1 de texturas HDR sin pérdidas apreciables, lo que prevalece en las versiones anteriores de las técnicas de compresión de texturas DirectX HDR.

Es posible desarrollar HDRR a través del sombreador GLSL a partir de OpenGL 1.4 en adelante.

• Unreal Engine 5
• Unreal Engine 4
• Unreal Engine 3[11]
• Chrome Engine 3
• Source[12]
• REDengine 3[13]
• CryEngine,[14] CryEngine 2,[15] CryEngine 3
• Dunia Engine
• Gamebryo
• Godot (game engine)
• Decima[16]
• Unity
• id Tech 5
• LithTech
• Unigine[17]
• Frostbite 2
• Real Virtuality 2, Real Virtuality 3, Real Virtuality 4
• HPL Engine 3
• Babylon JS [18]
• Torque 3D[19]
• X-Ray Engine