[電腦圖學] Gamma Correction (I)

最近回想起 GDC 2010 有一場由《祕境探險 2》(《Uncharted 2》) 的繪圖工程師以「HDR Lighting」為主題的演說，分享他們如何將一個想法與概念透過繪圖技術達到，演講過程十分精彩。

遊戲中的色調設計，即便對於有經驗的美術總監而言都是十分嚴峻的考驗，但對於新人絕對是最容易被忽略的細節之一。為什麼色調的定義如此重要？因為它屬於最核心的一種設定，引響遊戲風格，控制著玩家對時間、氣候與環境氛圍的感受。因此能明確的定義色調，才能引領著龐大的美術團隊朝正確的目標前進。對於色調的了解真的如此重要嗎！...我想只有痛過一次你才知道。因此我響探討 Gamma Correction 的議題，為什麼要這麼做以及其影響。

寄件者 Melbourne - 2010.07.17~2010.07.25

首先我們對色調的認知是，一般的電腦都採用所謂的全彩24位元的色階，所有顏色的組成會以三原色表示，也就是紅、綠、藍 (R、G、B) 並均分得8位元，因此每種原色各有256種不同的強度(亮度)，總共的組合就可表示16777216種顏色。顏色具有線性的特質，可滿如下的狀況：
 32 + 64 = 96
 16 * 3 = 48
 ...

不過我們不會以整數當作強度而會把 0~255 的數值對應到 0.0~1.0 的浮點數，之後的討論也以福點數為主。顏色的表現與操作就是這麼簡單，還有甚麼好談論或修正的；情況在於，我們的應用與需求已超越了線性系，首先第一個遇 到的問題，我們的螢幕輸出裝置，無論是 CRT 或是 LCD 並非以線性的方式輸出，通常標準的顯示器輸出強度會與顏色表現數值的關係呈現如下：
F(x) = x ^ 2.2















這樣的結果導致幾種現象的發生。首先是解析度不均勻， 例如原本預期輸出值是 0.5 ，但經過訊號的轉變後強度只剩下 0.21763... ，這也意味著原本有一半的色域會被壓縮至 1/4 的空間內，因此在暗色的部分容易造成明顯色塊以及巨齒等現象。第二，整體亮度會明顯的變暗，由於所有數值的縮小，導致整體強度變弱因而影像轉暗。第三，對比色的調整不易，由於色調對應非線性，所以很難全局的調整其對比，須要有許多區域性的設定。

一種簡單的補償機制，我們期望找到一個公式 g(x) 預先補償訊號的變化：
f(g(x)) = g(x) ^ 2.2 = x

得到補償公式
g(x) = x ^ 1/2.2

所以欲得到正確的影像呈現，我們必須將訊號作 gamma 值(2.2)的修正，也就是輸出螢幕前先套用 g(x) 來讓訊號強化。














http://en.wikipedia.org/wiki/Gamma_correction