Введение
Эффект компьютерной графики Bloom (иногда называемый световым цветением или свечением) — это эффект компьютерной графики, используемый в видеоиграх, демонстрациях и рендеринге высокого динамического диапазона (HDRR) для воспроизведения артефакта, наблюдаемого в реальных камерах. Эффект создаёт светлые ореолы (или «перья») вокруг границ ярких областей изображения, создавая иллюзию настолько яркого света, что он перегружает камеру или глаз, воспринимающий сцену. Он получил широкое распространение в видеоиграх после публикации статьи об этой технике авторами Tron 2.0 в 2004 году. В обычных условиях эти искажения незаметны, но при наличии интенсивного источника света они становятся видимыми. В результате изображение яркого света как бы выходит за свои естественные границы. Функция диска Эйри быстро затухает, но имеет очень широкие «хвосты» (фактически, бесконечно широкие). Пока яркость соседних участков изображения примерно одинакова, эффект размытия, вызванный диском Эйри, не слишком заметен; однако в тех частях изображения, где очень яркие участки соседствуют с относительно тёмными, «хвосты» диска Эйри становятся видимыми и могут простираться далеко за пределы яркой области. В HDRR-изображениях эффект можно воспроизвести, свёрнув изображение с оконным ядром диска Эйри (для очень качественных объективов) или применив гауссово размытие (для имитации эффекта менее совершенного объектива) перед преобразованием изображения в пиксели с фиксированным диапазоном. Полностью воспроизвести этот эффект в системах визуализации, не поддерживающих HDRR, невозможно, поскольку степень «вытекания» света зависит от яркости светлой части изображения. Например, при съёмке в помещении яркость объектов, видимых через окно, может быть в 70 или 80 раз выше, чем яркость объектов внутри комнаты. Если настройки экспозиции подобраны для объектов в помещении, яркое изображение окон будет выходить за пределы оконных рам при свёртке с диском Эйри камеры, используемой для создания изображения.
Bloom (sometimes referred to as light bloom or glow) is a computer graphics effect used in video games, demos, and high dynamic range rendering (HDRR) to reproduce an imaging artifact of real world cameras. The effect produces fringes (or feathers) of light extending from the borders of bright areas in an image, contributing to the illusion of an extremely bright light overwhelming the camera or eye capturing the scene. It became widely used in video games after an article on the technique was published by the authors of Tron 2.0 in 2004. Under normal circumstances, these imperfections are not noticeable, but an intensely bright light source will cause the imperfections to become visible. As a result, the image of the bright light appears to bleed beyond its natural borders. The Airy disc function falls off very quickly but has very wide tails (actually, infinitely wide tails). As long as the brightness of adjacent parts of the image are roughly in the same range, the effect of the blurring caused by the Airy disc is not particularly noticeable; but in parts of the image where very bright parts are adjacent to relatively darker parts, the tails of the Airy disc become visible and can extend far beyond the extent of the bright part of the image. In HDRR images, the effect can be reproduced by convolving the image with a windowed kernel of an Airy disc (for very good lenses), or by applying Gaussian blur (to simulate the effect of a less perfect lens), before converting the image to fixed range pixels. The effect cannot be fully reproduced in non HDRR imaging systems, because the amount of bleed depends on how bright the bright part of the image is. As an example, when a picture is taken indoors, the brightness of outdoor objects seen through a window may be 70 or 80 times brighter than objects inside the room. If exposure levels are set for objects inside the room, the bright image of the windows will bleed past the window frames when convolved with the Airy disc of the camera being used to produce the image.
Насыщенность датчика CCD
Цветение в цифровых камерах вызвано переполнением заряда в фотодиодах – светочувствительных элементах матрицы изображения камеры. Когда фотодиод подвергается воздействию очень яркого источника света, накопленный заряд может перетекать в соседние пиксели, создавая эффект ореола. Это явление известно как "зарядное кровотечение". Эффект цветения более заметен в камерах с меньшими пикселями, поскольку для рассеивания заряда доступно меньше пространства. Он также может усиливаться при высоких значениях ISO, которые повышают чувствительность камеры к свету и приводят к большему накоплению заряда. Хотя эффект цветения может быть отвлекающим на некоторых снимках, его также можно использовать творчески для придания фотографиям мечтательного или неземного вида.
Практическое применение
Игровые системы текущего поколения способны отображать 3D-графику с использованием буферов с плавающей точкой для создания HDR-изображений. Для создания эффекта свечения (bloom) линейное HDR-изображение в буфере кадров свертывается со сверточным ядром на этапе постобработки, перед преобразованием в цветовое пространство RGB. Этап свёртки обычно требует использования большого гауссова ядра, что непрактично для графики в реальном времени, поэтому программисты вынуждены использовать методы аппроксимации.
Использование в играх
Некоторые из самых ранних игр, использовавших эффект свечения, включают в себя предварительно отрисованную CGI-игру Riven (1997), воксельную игру Outcast (1999), а также 3D-полигональные игры в реальном времени The Bouncer (2000) и Ico (2001). Эффект свечения стал широко популярен в сообществе разработчиков игр в 2004 году, когда авторы Tron 2.0 опубликовали статью об этой технике. Свечение использовалось во многих играх, модификациях и игровых движках, таких как Quake Live, Cube 2: Sauerbraten и игровой движок Spring. Эффект был популярен в играх седьмого поколения, выпущенных с 2005 по начало 2010-х годов. Некоторые игры того периода подверглись критике за чрезмерное использование этой техники. Интенсивное свечение в RollerCoaster Tycoon 3 (2005) в то время GameSpot назвало "отвратительным". Gaming Bolt охарактеризовал эту тенденцию как трюк, который устарел вместе с поколением, и раскритиковал активное использование техники в крупных релизах того времени, таких как The Elder Scrolls IV: Oblivion (2006), порт Burnout Revenge (2006) для Xbox 360 и Twilight Princess (2006). Syndicate (2012) также описывали как игру с "выжигающим глаза" свечением.