گردش کار (Pipeline) مدیریت رنگ ACES(قسمت دوم و پایانی)

نوشته های مشابه

بایدها و نبایدهای زیرنویس تلویزیونی

مرداد ۲۷, ۱۴۰۳

گردش کار (Pipeline)مدیریت رنگ ACES (قسمت اول)

خرداد ۳۰, ۱۴۰۳

۹ ابزار برتر هوش مصنوعی برای تولید انیمیشن و جلوه های بصری در سال ۲۰۲۳

خرداد ۲۰, ۱۴۰۳

حسن همجواری عناصر بصری

خرداد ۱۲, ۱۴۰۳

گردش کار (Pipeline) مدیریت رنگ ACESدر گرافیک کامپیوتری و جلوه های بصری

ادغام ACES و اثربخشی آن
نرم افزارهای رایج تولید گرافیک کامپیوتری مانند Cinema4D، Maya، Nuke، Houdini، Davinci Resolve، Adobe Premiere Pro، Unreal Engine یا Substance Painter همگی به طور پیش فرض OCIO را نصب کرده اند یا به صورت بومی از ACES پشتیبانی می کنند.

بلندر از کاربر می خواهد که فضای رنگی و فایل های Tone mapping را با فایل های ACES جایگزین کند.

اما پس از انجام این کار، نتایج رندر پیش فرض بسیار شبیه به آنچه Substance Painter ارائه می دهد بدون افزودن هیچ گونه پس پردازشی (post-processing) خواهد بود.

توجه به این نکته مهم است که سیستم رنگی ACES فقط فضاهای رنگی، گـــاما و tone mapping را عادی می کنــد و بر روش های رندر ذاتی موتورهای رندر مختلف تأثیری نمی گذارد، برای مثال اگر بخواهید دو صحنه سه‌بعدی دقیقاً یکسان با دارایی‌های مشابه ایجاد شده با گردش کار رنگی ACES داشته باشید و صحنه را با Arnold و Vray رندر کنید، به دلیل روشی که جهش نور در آن محاسبه می‌شود، همچنان متفاوت به نظر می‌رسد.

کاربردهای عملی در صنعت تصویر
گردش کار رنگی ACES در تولیدات مختلف، از فیلم های بلند، تبلیغات، موزیک ویدیوها تا تولیدات زنده با استفاده از موتورهای بازی استفاده می شود. مزایای عملی استفاده از ACES را می توان با بررسی برخی از اسکرین شات ها از فیلم Lego (2014) بررسی کرد. The Lego Movie فیلم انیمیشن کامپیوتری است که هدف آن دستیابی به فوتورئالیسم در سبک هنری – بصری خود است. برای دستیابی به فوتورئالیسم، آن‌ها از تکنیک‌های رندر فیزیکی (PBR) و یک موتور ردیابی مسیر قدرتمند Renderman طراحی شده توسط (Pixar) استفاده کردند. The Lego Movie اولین فیلم انیمیشن بزرگی بود که از سیستم کدگذاری رنگی ACES استفاده کرد، آنها توانستند از مقادیر نور واقعی در صحنه های سه بعدی آن فیلم استفاده کنند. به عنوان مثال، از مقادیر شدت واقعی برای خورشید استفاده کردند، که علاوه بر مواد PBR، باعث شد نور به شکل فیزیکی درست تری به اطراف صحنه سه بعدی بتابد. توانایی استفاده از فضای رنگی بزرگ ACES به این معنی است که آنها می توانند از محدوده دینامیکی بسیار بالایی در صحنه های خود استفاده کنند. این موضوع کمک قابل توجهی به فوتورئالیسم این فیلم کرد. به عنوان مثال، دوربین کامپکت ارزان معمولی محدوده دینامیکی F11 استاپ دارد، DSLR حدود F13 استاپ دارد و Arri Alexa دوربین بسیار گران قیمتی است که عموماً در تولید فیلم های بلند استفاده می شود و حدود F14.5استاپ دارد. چشمان ما به طور متوسط حدود F20استاپ دارد. استفاده از ACES به آنها امکان می داد تا حداکثر F30 استاپ از محدوده دینامیکی استفاده کنند. اسکرین شات های تصویر۸ تفاوت های محدوده دینامیکی به دست آمده در The Incredibles (2004) و The Lego Movie را نشان می دهد.

تصویر ۸

با توجه به محدودیت‌های محدوده دینامیکی موجود، The Incredibles مجبور بود بین نوردهی برای آسمان یا شخصیت در اتاق تاریک یکی را انتخاب کند. نوردهی برای شخصیت منجر به بریده شدن آسمان شد، بنابراین آنها مجبور شدند شدت نور آسمان را کاهش دهند تا همه چیز در معرض دید قرار گیرد. در فیلم Lego، با دامنه دینامیکی بسیار بالاتر، می‌توانستند از شدت نور واقعی برای خورشید استفاده کنند و در عین حال هنوز اطلاعات زیادی در مناطق تاریک و مناطق بسیار روشن داشته باشند. اسکرین شات ۹ استفاده از tone mapping را به تصویر می کشد Lego Movie از SMPTE ST 2084 برای رمزگذاری فیلم برای توزیع استفاده کرد، که همچنین یک ODT موجود در کتابخانه ACES است. SMPTE ST 2084 استانداردی است که تابع انتقال مورد استفاده برای نگاشت محتوای HDR را به شکلی تعریف می‌کند که می‌تواند دقیقاً روی صفحه نمایش SDR نمایش داده شود، دقیقاً مانند گزینه ACEScg به sRGB tone mapping

تصویر۹

هر دو مثال تفاوت در تصاویر را هنگام استفاده از یک tone mapper برای تبدیل فیلم HDR برای دستگاه نمایشگر SDR نشان می‌دهند.

کشف مزایای بیشتر: ACES
با موتورهای بازی، مزایای ACES فراتر از تولید فیلم خواهد بود. به علاوه ACES به طور گسترده در توسعه بازی های ویدیویی گنجانده شده است، به عنوان مثال، Substance Painter نه تنها برای بافت دار کردن دارایی های سه بعدی تولید فیلم استفاده می شود، بلکه در بافت سازی دارایی بازی های ویدیویی سه بعدی نیز استفاده می شود. اگرچه، موتورهای بازی ویدیویی ذاتاً به موتور رندر شطرنجی در زمان واقعی نیاز دارند، زیرا بازی باید به ورودی بازیکن واکنش نشان دهد و نور را در زمان واقعی محاسبه کند. موتورهای رندر زمان واقعی، تقریب هنرمندانه‌تری از نحوه عملکرد تابش نور می‌گیرند، بنابراین تصاویر واقعی کمتری را به همراه دارند. هر موتور بازی روش متمایزی برای تقریب نور یا روشنایی جهانی دارد، از این رو چشم آموزش دیده ممکن است یک بازی ساخته شده با Unity HDRP یا یک بازی ساخته شده با Unreal 4 یا ۵ را تشخیص دهد. همچنین تکنیک های رندر ترکیبی وجود دارد که از اطلاعات نورپردازی ردیابی شده استفاده می کند. مثلاً همراه با نورهای پویا نقشه‌برداری نور یا نورپردازی از پیش محاسبه‌شده زمانی استفاده می‌شود که توسعه‌دهنده بازی می‌خواهد نور ثابت را روی مش نقشه بگیرد و از نورهای دینامیک دیگر برای منابع نوری استفاده کند که رفتاری در حال تغییر دارند. روشنایی جهانی چالش برانگیزترین جنبه نورپردازی است که می توان در یک موتور بازی بیدرنگ به درستی به آن دست یافت. برای مثال، در دنیای واقعی، سایه‌ها زمانی ایجاد می‌شوند که یک مسیر نوری یا یک فوتون به سطحی می‌تابد، مقداری انرژی از دست می‌دهد و همچنان به سمت سطوح دیگر حرکت می‌کند، هر بار انرژی بیشتری از دست می‌دهد و در نهایت به طور کامل به سطح جذب می‌شود. در موتور رندر ردیابی مسیر، با استفاده از یک رویکرد احتمالی معروف به مدل مونت کارلو، که چندین مسیر نوری را در یک صحنه ردیابی می‌کند و نتایج را میانگین می‌گیرد تا نمایش دقیق‌تری از روشنایی جهانی بدست آورد، این روش اثر نور غیرمستقیم مانند انعکاس و شکست را با شبیه‌سازی نحوه تابش نور به اطراف صحنه در نظر می‌گیرد. تصویر۱۰ صحنه‌ای سه‌بعدی را نشان می‌دهد که تنها اولین جهش یک مسیر نوری را در مقابل صحنه‌ای سه‌بعدی که مسیر نور تا ۱۲ بار باز می‌گردد، ثبت می‌کند.

تصویر۱۰

توجه داشته باشید که چگونه مسیرهای نور در روشنایی جهانی، هنگام پرش به سطوح دیگر، مانند زندگی واقعی، برخی از داده های رنگی را به جلو منتقل می کنند. موتور بازی از چندین تکنیک برای دستیابی به نتایجی استفاده می کند که موتور مسیریابی به طور همزمان محاسبه می کند. به عنوان مثال، انسداد محیط برای محاسبه سایه‌های ملایم، کاوشگرهای بازتابی یا سطوح برای گرفتن بازتاب‌ها، حجم‌های تابش برای گرفتن نور جهشی، جلوه‌های مختلف فضای صفحه نمایش و بسیاری موارد دیگر استفاده می‌شود. حتی تکنیک منفردی مانند انسداد محیطی راه های مختلفی برای دستیابی به اثر سایه ملایم دارد، مانند انسداد محیطی فضای صفحه (SSAO)، انسداد محیطی مبتنی بر افق (HBAO)، حقیقت زمین یا انسداد محیطـــی مبتنی بر هندسه (GTAO) در نتیجه، عادی سازی تصاویر بصری ویــــوپورت نرم افزارهای مختلف که از موتورهــای رندر بلادرنگ استفاده می کنند، بسیار دشوارتر از موتورهای ردیابی مسیر است، زیرا متغیرهای بسیار بیشتری در نحوه محاسبه تصاویر وجود دارد. با این وجود، راهی برای کاهش برخی اختلافات بصری وجود دارد. برای مثال، هنرمند می‌تواند از جدول جستجو (LUT) برای دستیابی به تصاویری یکنواخت‌تر بین Substance Painter و Unreal Engine استفاده کند.LUT را می توان به عنوان نقشه برداری بین مقادیر ورودی و مقادیر خروجی در نظر گرفت، جایی که هر مقدار ورودی برای نمایه سازی در LUT و بازیابی مقدار خروجی مربوطه استفاده می شود. اغلب برای اعمال تصحیح رنگ، tone mapping یا سایر عملیات پردازش تصویر در زمان واقعی استفاده می شود. این امر امکان پردازش سریع و کارآمد داده های تصویر را بدون نیاز به عملیات پیچیده ریاضی فراهم می کند. آن را به عنوان فیلتر اینستاگرام بسیار فنی و فانتزی در نظر بگیرید. شکل ۱۱ تصویری از یک فایل LUT است.

شکل۱۱

حال مثالی می زنیم که در آن از UE LUT در Substance Painter برای دستیابی به تصاویر مشابه بیشتر برای Unreal Engine5 استفاده شده است. هر دوی این نرم افزارها از موتورهای شطرنجی بلادرنگ استفاده می کنند و هر دو نرم افزار نور را به شیوه ای بسیار متفاوت محاسبه می کنند. به عنوان مثال، UE5 از نورپردازی Lumen استفاده می کند که تفاوت قابل توجهی با روش های محاسبه نور سنتی دارد. در شکل۱۲ نمای بالایی Substance Painter و نمای پایینی Unreal Engine 5 است.

شکل۱۲

دستیابی به این نتایج نسبتاً ساده است و کاربر Substance Painter باید یک UE LUT سفارشی را دانلود کند و آن را در گزینه “Active Color Profile” از Substance Painter اعمال کند و به تابع تون لگاریتمی تبدیل شود.

نتیجه :
گردش کاری ACES یک نمایش رنگی یکنواخت را ارائه می دهد که بدون در نظر گرفتن نمایشگر یا دستگاه خروجی استفاده شده، ظاهر مورد نظر محتوا را با دقت حفظ می کند و از طیف رنگی گسترده و یک محدوده دینامیکی بزرگی برای نمایش اطلاعات رنگ بهره می برد و کمک می کند تا از دست رفتن جزئیات و دقت رنگ در مراحل مختلف تولید به حداقل برسد. علاوه بر این، ACES سیستمی متن باز و غیر اختصاصی است که آن را برای طیف وسیعی از صنایع، در دسترس قرار می دهد و استانداردی برای مدیریت رنگ در گردش های مختلف کاری تولید ارائه می دهد. پیاده سازی آن آسان، قابل اجرا، آینده نگر و به طور کلی فوق العاده کارا است.

صفحه ۷ نشریه تخصصی بسامد شماره ۱۳۹