نواک سایت تخصصی حوزه برودکست
نوشته های مشابه
گردش کار (Pipeline)مدیریت رنگ ACES در گرافیک کامپیوتری و جلوه های بصری(قسمت اول)
معمولاً یک هنرمند فنی مسئول است تا فاصله بین جنبه های فنی و خلاقانه یک پروژه را پر کند.
دیدگاه خلاقانه پروژه از طریق راه حل های فنی کارآمد و مؤثر تحقق می یابد و بیشتر آن حول محور ایجاد چرخه کاری مناسب، بهینه سازی یا ساده سازی روند موجود و عمل به عنوان رابط بین مهندسان نرم افزار و بخش هنر
می چرخد.
هدف این مقاله کوتاه ارائه بینشی در مورد چالش هایی است که هنگام کار در محیطی چند رشته ای با آنها مقابله می کنیم، همچنین سعی خواهد شد توضیحاتی درباره ابزار فوق العاده ACES ارائه شود.
یک چالش مشترک با چرخه کاری پیچیده
یکی از چالش هایی که هنرمندان فناوری هنگام کار در پروژه های بزرگ با آن روبرو می شوند، تعداد زیاد نرم افزارها و ابزارهایی است که در هر مرحله تولید استفاده می شوند. تلاش برای یافتن گردش کار کارآمد در چنین اکوسیستم نرم افزاری گسترده ای ممکن است تا حدودی سخت باشد، به خصوص زمانی که استودیو به هنرمندان آزادی استفاده از نرم افزارهایی را که در آن مهارت دارند، می دهد.
هر نرم افزار سه بعدی موتور رندر مخصوص به خود را ارائه می کند و می تواند موتور مسیریابی صحیح و بی طرفانه برای رندرهای نهایی یا موتور بازی شطرنجی بلادرنگ برای پیش نمایش باشد، به طور خلاصه، این موتورهای رندر، اطلاعـــات جهش نور صحنه سه بعدی و داده های رنگ را به یک دستگاه نمایشگر ترجمـــه می کنند، با این حال در واقعیت هر موتور رندر تا حدی “جهت گیری” دارد، به این معنی که همه آنها پارامترهای خاص خود را برای نحوه ترجمه یا تفسیر این اطلاعات دارند،
کمی فکر کنیم که چرا داده های رنگی RAW مختلف دوربین در هر نرم افزار منحصر به فرد است؟
شکل ذیل این تفاوت ها را نشان می دهد. به تفاوت سایه ها، بازتاب ها، رنگ ها و نور کلی این صحنه توجه کنید. این مثال تفاوت های جزئی بین موتورهای رندر مختلف را برجسته می کند.
در ایجاد صحنه ای سه بعدی، هر هنرمند به نرم افزاری سه بعدی برای مدل سازی مش، یک نرم افزار ایجاد مواد برای تولید و رنگ آمیزی بافت ها روی مش و یک نرم افزار برای ارائه تصویر نهایی نیاز دارد. اگر قرار است صحنه سه بعدی روی فیلم دوربین واقعی ترکیب شود، یک نرم افزار ترکیبی نیز مورد نیاز است. همه این ابزارها در چرخه کاری دارای درگاه دید برای مشاهده پیشرفت کاری هستند که روی آن کار می شود و در نتیجه موتور رندر نور صحنه یا داده های رنگی را روی دستگاه نمایشگر ترجمه می کند و این مسأله به دلایل متعدد مشکل ساز است. اول و مهم تر از همه ناهماهنگی زیادی در مورد اینکه، چگونه هنرمندان یک صحنه را در نرم افزارهای مختلف می بینند وجود دارد. این ناهماهنگی برای هر مرحله از خط تولید و برای هر هنرمندی که از آن عبور می کند بدتر می شود، تصاویر نهایی ممکن است در مقایسه با آنچه که هنرمند در ابتدا تلاش می کرد به دست آورد، به شدت متفاوت باشد. روش های مختلفی برای کاهش ناهماهنگی بصری وجود دارد، مانند استفاده از تنظیمات روشنایی یکسان، تنظیم سایه زن یکسان و نقشه های بافت مشابه.
برخی ممکن است حتی تا جایی پیش بروند که پس از پردازش به صورت دستی تصحیح رنگ انجام داده و تفاوت ها را جبران کنند که این بسیار ناکارآمد است و نتایج ممکن است نادرست باشد،
زیرا ارزش های مورد نظر هر هنرمند، در صورت کار با صحنه های متعدد، به تطبیق نماهای زیادی نیز نیاز دارد. شکل زیر تصاویر پیش فرض Substance Painter را با تصاویر پیش فرض Blender مقایسه می کند.
به وضوح قابل مشــــــــــــاهده است که تصـــاویر پیش فرض بلنـدر فاقد کنتـراست مناسب است، برای رفع این مشکل می توان از پس پردازش(post-processing) استفاده کرد، اما همانطور که قبلاً گفته شد، نیاز به تنظیمات دستی زیادی دارد. هدف این است که راه حلی پیدا کنیم که بتوان در آن نتایج مشابه ی را بدون هیچ گونه دستکاری انجام داد.
بررسی عوامل زمینه ساز
هر چیزی که می تواند بر روی دستگاه نمایشگر نشان داده شود، مانند یک تصویر، یک فایل ویدئویی یا رابط کاربری یک برنامه، از یک فضای رنگی خاص با یک طیف رنگی ویژه و یک نقشه گاما استفاده
می کند، مدیریت رنگ نامیده می شود. دستگاه های نمایشگر به دستورالعمل هایی نیاز دارند تا بتوانند اطلاعات دیجیتالی را به فوتون ها برای دیدن چشم ترجمه کنند.
شکل ۳ نمودار رنگ هایی را توصیف می کند که چشم متوسط انسان می تواند درک کند و طیف مرئی نامیده می شود. این طیف را به محور X و Yبا طول موج بر حسب نانومتر که در مرز بیرونی ناحیه رنگ مشخص شده است، ترسیم می کنند. این مدل خاص CIE در سال ۱۹۳۱ توسعه یافت و امروزه به طور گسترده برای توصیف فضاهای رنگی مختلف استفاده می شود.
نمایش چنین طیف گسترده ای از رنگ ها به یک دستگاه نمایشگر بسیار پیشرفته با فناوری ساطع نور نیاز دارد که با نوع اطلاعات نوری که در طبیعت دیده می شود رقابت کند، با توجه به هزینه و محدودیت های تکنولوژیکی، اکثر دستگاه های نمایشگر زیرمجموعه خاصی از رنگ ها را انتخاب می کنند، این زیرمجموعه از رنگ ها فضاهای رنگی نامیده می شوند و طیف خاصی از رنگ ها هستند که در داخل طیف قابل مشاهده اند، شکل ذیل برخی از فضاهای رنگی را در رابطه با ۱۹۳۱-CIE به تصویر می کشد.
برخی از فضاهای رنگی رایج عبارتند از :
Rec709,Rec2020, sRGB, Adobe RGB، CMYK
“وسعت رنگ” کل طیف رنگ هایی است که دستگاه نمایشگر می تواند باز تولید کند، شکل ۵ اطلاعات نمایه کالیبراسیون رنگ مانیتوری با قابلیت HDR را نشان می دهد. تصویر نمایان می کند مانیتور می تواند ۹۹٫۹% sRGB، ۹۵٫۲% DCI-P3 و %۸۶٫۴ Adobe RGB را نمایش دهد. با در نظر گرفتن این توضیح دستگاه نمایشگر می تواند از فضای رنگی DCI-P3 استفاده کند و تقریباً تمام رنگ ها را در فضای رنگی DCI-P3 نمایش می دهد. توجه به این نکته مهم است که هر دستگاه نمایشگر در قابلیت بازتولید رنگ منحصر به فرد است.
“نقشه برداری گاما” فرآیندی است که برای تبدیل مقدار شدت نور خطی به مقدار غیر خطی که با درک انسان از روشنایی مطابقت دارد استفاده می شود. نقشه برداری معمولاً با استفاده از یک منحنی گاما انجام می شود که یک تابع ریاضی است و شدت نور خطی را به مقادیر غیر خطی تبدیل می کند، در دنیای واقعی، امواج نور در یک رابطه خطی برهم کنش دارند به طور مشابه در تصویربرداری دیجیتال مقادیر روشنایی هر پیکسل به صورت شدت نور خطی ذخیره می شود، برای نمایش تصویر در یک دستگاه نمایشگر، مقادیر خطی باید به مقادیر غیرخطی تبدیل شوند که با عملکرد انتقال دستگاه نمایشگر یا گاما مطابقت دارند. این تابع انتقال تضمین می کند که مقادیر روشنایی یک تصویر با در نظر گرفتن غیرخطی بودن ذاتی دستگاه نمایشگر به درستی نمایش داده می شود.
این فرایند امکان می دهد تا تصاویر با سطوح روشنایی دقیق ظاهر شوند، سایه های تاریک و
های لایت های روشن، درست همانطور که چشم انسان آنها را درک می کند. شکل زیر تابع خطی را بنفش و تابع غیرخطی را قهوه ای نشان می دهد.
در تابع انتقال خطی، اگر مقدار ورودی ۰٫۲۵ باشد، خروجی نیز ۰٫۲۵ خواهد بود. با این حال، در تابع انتقال غیر خطی، ورودی ۰٫۲۵ منجر به خروجی مثلاً ۰٫۵ می شود. عملکرد چشم غیر خطی است، زیرا پاسخ آن به روشنایی متناسب با شدت نور نیست به عبارت دیگر، افزایش شدت فیزیکی نور منجر به افزایش متناسب در روشنایی درک شده نمی شود. به عنوان مثال، روشن کردن یک شمع در یک اتاق تاریک تأثیر زیادی بر تغییر درک شده در روشنایی خواهد داشت، با این حال، روشن کردن شمع در روز روشن تقریباً هیچ تغییری در روشنایی درک شده ایجاد نخواهد کرد. درک این مفاهیم در مدیریت رنگ به درک این که چه اتفاقی می افتد زمانی که نور صحنه سه بعدی به یک دستگاه نمایش تبدیل می شود، کمک می کند. به طور خلاصه، هدف نقشه برداری گاما دستیابی به تصاویر طبیعی با اصلاح غیرخطی بودن در سیستم نمایش و جبران تفاوت در ادراک بصری انسان است.
نکته: بلندر و اکثر نرم افزارهای سه بعدی دیگر به طور پیش فرض از عملکرد انتقال گامای خطی استفاده می کنند. آنها همچنین انواع مختلفی از فضاهای رنگی و تنظیمات پیش فرض “tone mapping”را ارائه می دهند، اما در مورد بلندر، بیشتر این پیش تنظیمات از هیچ استانداردی پیروی نمی کنند و بنابراین هنگام تلاش برای همگام سازی تصاویر با نرمافزارهای دیگر مشکل ساز است، این مشکل در هنگام کار با ایجاد جلوه های بصری پیچیده تر می شود، جایی که علاوه بر عناصر سه بعدی، ویدئوهای دوربین نیز برای کار با آنها وجود دارد.
علت اصلی:
یک نرم افزار سه بعدی، صحنه ای سه بعدی را با محدوده دینامیکی بالا (HDR) و فضای رنگی وسیع ارائه می کند که سپس به فضای رنگی محدوده دینامیکی استاندارد (SDR) دستگاه نمایشگر ترجمه می شود. برای آماده سازی یک تصویر رندر شده برای نمایش، مقادیر HDR فضای رندر باید به مقادیر بین ۰ و ۱ نوشته شوند که نشان دهنده تاریک ترین و روشن ترین مقادیر ممکن در دستگاه نمایشگر است. به این فرایند “tone mapping” می گویند. تصاویر HDR محدوده روشنایی و مقادیر رنگ بیشتری نسبت به دستگاه نمایشگر استاندارد بازتولید می کند. در شکل ذیل تجسم ساده ای از نحوه فشرده شدن طیف وسیعی از داده های رنگی به عنوان مثال sRGB ارائه شده است.
”ACES tone map” یک منحنی S شکل است که نقاط برجسته را حفظ می کند و کنتراست و اشباع را برای نتیجه عکاسی بیشتر افزایش می دهد.
”ACES tone map” مقدار فضای رندر کمی بیشتر از ۱۶ را به مقدار نمایش ۱ و مقدار فضای رندر ۱ را به مقدار نمایشی حدود ۰٫۸۱ تبدیل می کند که باعث می شود در تصویر نمایش داده شده فضایی برای برجسته سازی های بسیار روشن باقی بماند. اکثر تنظیمات پیشفرض نرم افزارهای سه بعدی از sRGB اولیه برای رندر استفاده می کنند، بنابراین می توانند از وسعت بسیار کوچکتری بهره ببرند. مقادیر فضای رندر به طور خطی با انرژی نور متناسب است، درست مانند ACES، اما تنها تنظیم برای نمایش، اعمال گامای sRGB است. این گاما مقدار رندر ۱ را به مقدار نمایش ۱ نشان می دهد. مقادیر بالاتر به سادگی به ۱ بریده می شوند، بنابراین هرگونه تمایز بین های لایت های سفید ساده و روشن تر در تصویر نهایی گم می شود. شکل زیر نشان می دهد که چگونه مقادیر بیش از ۱ بریده می شوند، بنابراین اطلاعات زیادی را در مناطق بسیار روشن از دست می دهند.
حال به نظر می رسد این استنباط نسبتاً دقیق است که :
مشکل در روش نحوه ترجمه داده های رنگ از فضای رنگی ارجاع شده به صحنه به فضای رنگی ارجاع شده به نمایشگر نهفته است.
راهکار :
اینجاست که مدیریت رنگ ACES وارد می شود. ACES سیستم مدیریت رنگ استاندارد صنعتی جدیدی است که آکادمی تصاویر متحرک و علوم، معرفی کرده است. این سازمان بیشتر به عنوان سازمان پشت جوایز اسکار شناخته می شود. هدف آن ارائه یک فضای رنگی نرمال شده است که می تواند از ثبت تا ویرایش، تا مسترینگ نهایی، توزیع و بایگانی استفاده شود. این سیستم رایگان، متن باز، مدیریت رنگ و سیستم تبادل تصویر مستقل از دستگاه است که می تواند تقریباً برای هر جریان کاری فعلی یا آینده اعمال شود. طیف گسترده رنگ آن از رایجترین فضاهای رنگی کاری مانند ۷۰۹/۲۰۲۰ sRGB، Adobe RGB، REC DCI-P3، ProPhoto RGB و موارد مشابه پشتیبانی می کند و بدان معنی است که صرف نظر از اینکه فیلم واقعی یا عنصر CG از چه فضای رنگی یا عملکرد انتقال گاما استفاده می کند، می توان آن را در ACES ترکیب کرد. این سیستم نتیجه بیش از ۱۰ سال تحقیق، تست و آزمایش های میدانی است و از سال ۲۰۲۱ برای استفاده عمومی در دسترس قرار گرفته است. اکثر نرم افزارهای تولیدی اصلی یا به طور مستقیم از ACES استفاده کرده اند یا از یک کتابخانه مدیریت رنگ مانند (OCIO- Sony Imageworks) بهره گرفته اند.
شکل فوق فضاهای رنگی ACES را با سایر فضاهای رنگی رایج مقایسه می کند.
صقحه ۸ نشریه تخصصی بسامد شماره ۱۳۸
