Eye Adaptation / Luminance Adaptation / Auto Exposure

  • 광적응
    • 현재밝기와 이전밝기를 이용하여 적절한밝기를 구하고, 이를 원본 이미지에 적용한다.

Overview

  1. 현재밝기(lumaAverageCurr)
    • 현재 화면의 평균밝기 저장(사이즈를 줄여가며 1x1텍스쳐로)
    • 휘도 전용, POT(Power of Two), Mipmap 적용(1x1용), R16 색이면 충분.
  2. 적절한밝기(lumaAdaptCurr)
    • 이전화면 평균밝기와 비교해서 적절한 밝기 얻기
  3. 적절한밝기 적용
    • 앞서구한 적절한 밝기를 원본 이미지에 적용
  4. 이전밝기(lumaAdaptPrev)
    • 적절한밝기를 이전밝기에 저장

예제코드

L_w : 해당 픽셀의 밝기 L_avg : 씬 평균 밝기 L_min : 최소밝기. 이 값 아래로 가면강제로 0이됨. L_white(WhitePoint) : 최대밝기. 이 값 위로가면 강제로 1로됨. Logarithmic / Exponential - 로그/지수 성질 이용.

// https://en.wikipedia.org/wiki/Relative_luminance
// https://github.com/Unity-Technologies/Graphics/blob/master/com.unity.render-pipelines.core/ShaderLibrary/Color.hlsl
real Luminance(real3 linearRgb)
{
    return dot(linearRgb, real3(0.2126729, 0.7151522, 0.0721750));
}

간상체T_robs  약 0.2
추상체T_cones 약 0.4

r = p * T_robs + (1 - p) * T_cones

float SensitivityOfRods(float y)
{
   return 0.04 / (0.04 + y);
}

half middleGray = 1.03 - (2 / (2 + log10(lumaAverageCurr + 1)));
half lumaScaled = (lumCurr * middleGrey) / lumaAverageCurr;

half lumaAdaptCurr = lumaAdaptedPrev + (lumaAverageCurr - lumaAdaptedPrev) * (1 - exp(- (dt) / AdaptationConstatnt));
// half sensitivity = SensitivityOfRod(luma)
half lumaAdaptCurr = lumaAdaptedPrev + (lumaAverageCurr - lumaAdaptedPrev) * (1 - exp( -(dt) / sensitivity * _FrameSpeed));

///  ref: Programming Vertex Geometry and Pixel Shaders : High-Dynamic Range Rendering
float lumaScaled = Yxy.r * MiddleGray / (AdaptedLum.x + 0.001f);
Yxy.r = (lumaScaled * (1.0f + lumaScaled / WhitePoint))/(1.0f + lumaScaled);

// HSV로 변경후 V(명도)를 이용하는 방법도 있음. // HSV를 이용하는 방식은 LUT를 이용해서 성능을 올려야함. // Yxy를 이용하는 방식은 충분히 빠름.

AutoKey = saturate(1.5 - (1.5 / (lumaAverageCurr * 0.1 + 1))) + 0.1; 


Color *= Key / (lumaAdaptCurr + 0.0001f);
Color = ToneMap(Color);

/// ref: 2007 Realtime HDR Rendering - Christian Luksch = 13.4. Adaptive Logarithmic Mapping
// _B = 0.5 and 1 
Color = Key
       / log10(lumaAverageCurr + 1)
       * log(Color + 1)
       / log(2 + pow((Color / lumaAverageCurr), log(_B) / log(0.5)) * 8);

/// ref: Perceptual Eects in Real-time Tone Mapping
lumaToned = ToneMap(luma);
rgbL = rgb * (lumaToned * (1 - s)) / luma + (1.05, 0.97, 1.27) * lumaToned * s;

Ref