HDR-Farben

Was sind HDR-Farben?

HDR ist eine Abkürzung für “High Dynamic Range”. In Filter Forge ist eine HDR-Farbe eine Farbe, deren RGB-Kanalwerte nicht durch den Bereich 0…1 (oder 0…255) begrenzt sind – diese Farben können unbegrenzte RGB-Kanalwerte haben, von winzigen Bruchteilen bis zu Billionen, positiv oder negativ. Der Alpha-Kanal (Deckkraft) einer Farbe bleibt immer im niedrigen Dynamikbereich, auch bei HDR-Farben, das bedeutet er ist weiterhin auf den Bereich 0…1 (oder 0…255) begrenzt.

Ab Version 2.0 unterstützt Filter Forge offiziell HDR-Farben in der gesamten Rendering-Pipeline, von den Eingabebildern über die Komponenten bis hin zu den gerenderten Ergebnissen – du kannst ein HDR-Bild in Filter Forge laden, es mit HDR-unterstützenden Komponenten verarbeiten und das Endergebnis unter Beibehaltung der HDR-Farben speichern.

Was sind die Vorteile von HDR-Farben?

Für die Einführung von HDR-Farben in Filter Forge gibt es drei Hauptgründe:

• HDR-Farben ermöglichen die Erstellung und Verarbeitung von Bildern mit hohem Dynamikbereich, die in der Fotografie und Computergrafik nützlich sind.
• Die unbegrenzten HDR-Farben, die negative RGB-Kanäle unterstützen, ermöglichen eine präzise Parameter-Abbildung wie dem Skalierungsfaktor in der Komponente Skalierung oder den Koordinaten der Farbverlaufsendpunkte in der Komponente Freier Farbverlauf.
• Die HDR-Farben in Filter Forge werden als Fließkommazahlen mit doppelter Genauigkeit dargestellt, die sich perfekt für mathematische Operationen wie Additionen, Subtraktionen, Multiplikationen, Divisionen, Wurzeln, Logarithmen und mehr eignen. Zusammen mit den RGB-Mathe-Komponenten bieten HDR-Farben eine Möglichkeit, RGB-Werte auf exakte und präzise Weise zu manipulieren.

Wie wählt man eine HDR-Farbe im Farbwähler aus?

Du kannst HDR-Farben in jedes Farbfeld eingeben, das HDR-Farben unterstützt. Ob ein Farbfeld HDR-Farben unterstützt, kannst du prüfen, indem du die HDR -Checkbox im Farbwähler überprüfst – wenn die Checkbox aktiviert ist, unterstützt das Farbfeld HDR-Farben:

Im HDR-Modus werden die Schieberegler für RGB und Helligkeit zu Eingabefeldern, in die du große Fließkommazahlen und deren Vorzeichen eingeben kannst. Die RGB-Kanäle im HDR-Modus können unabhängig voneinander negativ oder positiv sein. Wenn die RGB-Kanäle gemischte Zeichen haben (das bedeutet einige Kanäle sind positiv, andere negativ), sind die Farbebene, der Farbtonbalken und die HSB-Schieberegler im Farbwähler deaktiviert, aber du kannst die RGB-Werte immer noch manuell eingeben:

Wie identifiziert man HDR-unterstützende Komponenten?

Viele Komponenten, darunter bekannte Funktionen wie Unschärfe, Hochpass, Mischen, Levels und Perlin-Rauschen, haben Eingänge, die HDR-Farben akzeptieren. Diese Eingänge sind mit einer leichten gelben Umrandung um ihren Anschlusssteckplatz versehen:

Komponenten, die HDR-Farben ausgeben können, sind mit einem leichten gelben Streifen in der Nähe ihres Ausgabedreiecks gekennzeichnet:

HDR-unterstützende Komponenten können frei mit LDR-Komponenten zusammengeschaltet werden. Wenn jedoch eine HDR-Komponente an einen Nicht-HDR-Eingang angeschlossen wird, werden die RGB-Werte, die an diesem Eingang ankommen, beschnitten, um in den Bereich 0…1 zu passen.

Wie werden HDR-Farben in der Vorschau angezeigt?

Bei HDR-farbigen Pixeln werden die RGB-Kanalwerte in den LDR-Bereich abgeschnitten, wenn die Vorschau angezeigt wird (sowohl im Hauptfenster als auch im Filter-Editor). Die Beschneidung wirkt sich nur auf die angezeigte Farbe aus – intern behalten die RGB-Kanäle ihre HDR-Werte und Zeichen bei. Du kannst die tatsächlichen, nicht beschnittenen RGB-Kanalwerte der in der Vorschau angezeigten Pixel mit dem Farbprüfer sehen.

Wie zeigen Farbfelder HDR-Farben an?

Während HDR-Farben auf einem LDR-Anzeigegerät wie dem Monitor nicht angezeigt werden können, ohne dass zuvor ein Tone Mapping durchgeführt wurde, verfügt Filter Forge über eine spezielle Methode zur Anzeige von HDR-Farben in den Farbfeldern. Diese Anzeigemethode wurde entwickelt, um dir einen Eindruck von der Farbe zu vermitteln – genauer gesagt von ihrem Farbton, ihrer Sättigung und ihrer Helligkeit. Und so funktioniert es:

• Positive HDR-Farben, sprich Farben, die mindestens einen Farbkanal größer als 1 und keine negativen Kanäle aufweisen, werden als HDR+ bezeichnet und mit einem weißglühenden Punkt in der Mitte visualisiert. Die Ränder des Farbfelds zeigen die normalisierte LDR-Version der Farbe, um dir eine Vorstellung von ihrem Farbton und ihrer Sättigung zu geben, und die wahrgenommene ‘Schärfe’ des mittleren Bereichs des Farbfelds vermittelt dir eine Vorstellung von der Helligkeit.
• Negative HDR-Farben, sprich Farben, bei denen alle RGB-Kanäle negativ sind, werden als HDR- bezeichnet und mit einem schwarzen Punkt in der Mitte dargestellt. Wie bei HDR+ geben die Ränder Aufschluss über ‘Farbton’ und ‘Sättigung’, und die Breite des dunklen mittleren Bereichs über die ‘Helligkeit’.
• Mischfarben (sprich Farben, die sowohl positive als auch negative RGB-Kanäle haben) werden als HDR± bezeichnet und mit einem grauen Bereich in der Mitte dargestellt. Wie bei HDR+ und HDR- gilt: Je höher die RGB-Werte sind, desto breiter wird die graue Mitte.

RGB-Bereiche von 0…1 und 0…255 – was ist der Unterschied?

Die numerischen Bereiche der RGB-Kanalwerte im Farbwähler sind eine potenzielle Quelle der Verwirrung. Wenn die HDR-Checkbox deaktiviert ist, haben die RGB-Kanäle den Bereich 0…255, aber wenn du die HDR-Checkbox aktivierst, ändern sich die RGB-Werte plötzlich in Fließkommazahlen innerhalb des Bereichs 0…1. Hier ist der Grund dafür.

In der Vergangenheit hatten die RGB-Kanäle in Fotobearbeitungs- und Computergrafiksoftware den Bereich von 0 bis 255, der von den Softwareautoren gewählt wurde, weil die Zahl 255 durch ein Byte dargestellt werden kann. Dieser Bereich ist zu einer Standardkonvention für die Darstellung von RGB-Kanalwerten in Software-Schnittstellen geworden.

Trotz der Tatsache, dass alle Farben in Filter Forge intern durch Fließkommazahlen dargestellt werden, wurde diese Konvention beibehalten, um die Benutzer nicht zu verwirren. Filter Forge verwendet den Bereich 0…255 nur zu Anzeigezwecken – in der internen Darstellung der RGB-Kanalwerte entspricht der Anzeigebereich von 0…255 einem Bereich von 0…1. Zum Beispiel wird eine Farbe, die als R=128.5, G=128.5, B=128.5 angezeigt wird, in Filter Forge intern als as R=0.5, G=0.5, B=0.5 dargestellt.

Als wir den HDR-Modus für den Farbwähler entwickelt haben, haben wir beschlossen, den bekannten Anzeigebereich von 0…255 für den LDR-Modus beizubehalten und den Bereich von 0…1 nur für den HDR-Modus zu verwenden. Auf diese Weise verwirrt der Farbwähler nicht die Mehrheit der Benutzer, die die neuen HDR-Farben nicht benötigen, ohne fortgeschrittene Benutzer einzuschränken, die den Anzeigebereich von 0…1 bevorzugen.

Hier ist eine Beispieltabelle, die einige Farben im HDR- und LDR-Modus zeigt. Beachte, dass die HDR- und LDR-Farben für die ersten drei Zeilen identisch sind, trotz der unterschiedlichen Anzeigebereiche ihrer RGB-Kanäle:

Farbe im HDR-Modus		Die Entsprechung im LDR-Modus
	R=0, G=0, B=0		R=0, G=0, B=0
	R=0.5, G=0.5, B=0.5		R=128.5, G=128.5, B=128.5
	R=1, G=1, B=1		R=255, G=255 and B=255
	R=-1, G=-2, B=-3	n/a	Farben mit negativen RGB-Kanälen haben keine LDR-Äquivalente
	R=3, G=4, B=5	n/a	Farben mit RGB-Kanälen größer als 1 haben keine LDR-Äquivalente

Dieser Unterschied zwischen dem tatsächlichen Farbbereich und dem Anzeigebereich ist entscheidend für das Verständnis der RGB-Mathematik Komponenten. Weitere Informationen findest du unter: Die Funktionsweise der mathematischen Komponenten.

Kann ich mathematische Operationen mit HDR-Farben durchführen?

Ja. Filter Forge enthält eine Reihe von von RGB-Mathe-Komponenten (zum Beispiel Addieren, Multiplizieren, Sinus, Potenz, Wurzel usw.) mit denen du kanalweise mathematische Operationen mit Farben durchführen kannst, wobei deren RGB-Kanäle als unbegrenzte Fließkommazahlen mit Vorzeichen behandelt werden. Du kannst buchstäblich Zahlen wie -1200 oder 0.00032 oder 750000 in die mathematischen Komponenten eingeben (über die RGB-Kanäle in der Farbauswahl im HDR-Modus), und die mathematischen Komponenten behandeln diese Zahlen genauso wie dein Taschenrechner. Weitere Informationen findest du unter: Die Funktionsweise der mathematischen Komponenten.

Wie wird ein HDR-Bild in einer Datei gespeichert?

Wenn das von Filter Forge gerenderte endgültige Ausgabebild Pixel mit Farben aufweist, die den Bereich von 0…1 (oder 0…255) überschreiten, werden die RGB-Kanäle für diese Pixel ohne Begrenzung in der Datei gespeichert, vorausgesetzt, das Dateiformat, in dem das Bild gespeichert wird, unterstützt HDR-Farben. Wenn ein Dateiformat nur positive Kanalwerte unterstützt, werden die negativen RGB-Werte auf Null beschnitten. Hier findest du eine Liste der Dateiformate, die HDR-Farben unterstützen:

• OpenEXR – unterstützt sowohl positive als auch negative RGB-Werte, einfache (32 Bit) und halbe (16 Bit) Genauigkeit, speichert den Gamma-Wert nicht.
• PFM – unterstützt sowohl positive als auch negative RGB-Werte, einfache Genauigkeit (32 Bit), speichert den Gamma-Wert nicht..
• TIFF – unterstützt sowohl positive als auch negative RGB-Werte, einfache (32 Bit) und halbe (16 Bit) Genauigkeit, kann den Gammawert speichern (wird von Filter Forge nicht gespeichert).
• HDR (Radiance) – unterstützt nur positive RGB-Werte, 8 Bit diskrete RGB-Farbe + 8 Bit Exponent, speichert den Gamma-Wert nicht.

Wenn Filter Forge von einer Host-Anwendung als Plugin aufgerufen wird, werden HDR-Farben nur dann korrekt beibehalten, wenn das Quellbild das richtige Pixelformat hat. In Adobe Photoshop ist das beste Format für die Erhaltung von HDR-Farben "32-Bit/Kanal". Photoshop und andere Host-Anwendungen können HDR-Farben jedoch falsch anzeigen, insbesondere wenn die RGB-Kanäle negative oder gemischte Zeichen haben.