High Dynamic Range Image

Ein High Dynamic Range Image (HDRI, Bild mit hohem dynamischem Wertebereich) ist eine digitale Bilddatei, deren Helligkeitswerte einen Dynamikumfang von mindestens vier Größenordnungen (1:10.000), eine relative Abstufung feiner als 1% und Abdeckung des ganzen sichtbaren Gamuts unterstützt. Techniken, die sich mit derartigen Bildern beschäftigen, werden mit High Dynamic Range Imaging bezeichnet.

Es gibt verschiedene gebräuchliche Dateiformate für HDRIs. Beispiele für stabile und die obigen Anforderungen erfüllende Formate sind: TIFF 32-bit LogLuv und 48-bit ILM EXR. Der sRGB64 Farbraum aus IEC Standard 61966-2-2 ist für geringere Genauigkeit bei erhöhtem Speicherbedarf kritisiert worden, ist aber leicht zu implementieren.

HDRIs können dazu verwendet werden, Fotografien von speziellen hochdynamischen Digitalkameras abzuspeichern. Prominenteste Verwendung finden HDRIs jedoch bei der Bildsynthese.

HDRI in der Bildsynthese

Durch HDRI haben schattige oder dunkle Bereiche dieselbe Detailwiedergabe wie die hellsten Bereiche eines Bildes und können ein paar besondere Effekte hervorrufen: Sie sind als Umgebungsbeleuchtung einsetzbar, da ihre Helligkeit nicht vom maximalen Weißwert des RGB-Farbspektrums abhängig ist (255/255/255), sie erzeugen so reale Glanzlichter in generell stärkeren Spiegelungen und werfen je nach HDR-Bild unterschiedlich lange indirekte und damit realistisch weiche Schatten.

Der Einsatz von globaler Beleuchtung macht die Simulation derartiger Effekte möglich.

In der 3D-Visualisierung wird HDRI als Beleuchtungstechnik für 3D-Szenen genutzt, um diese in das perfekte Licht einer realen Umgebung zu setzen. Das Ergebnis ist ein absolut realistisches 3D-Design mit beeindruckenden Schatten und Reflexionen. Ein HDRI-Umgebungsbild enthält durch die höhere Dynamik neben der normalen Farbinformation auch die Zusatzinformation der Lichtverhältnisse. So strahlt z.B. eine im HDRI abgebildete Szene mit der realen Helligkeit und Farbgebung ab. Diese Technik erspart dem 3D-Designer das aufwendige manuelle Setzen von vielen Lichtquellen- und auch das langwierige Experimentieren mit Farbgebung und Stärke der Lichter. Die HDRIs beinhalten auch die Information, ob es sich um eine direkte Beleuchtung (z.B. Sonne, Halogenstrahler) mit harten Schatten - oder um einen bewölkten Himmel/Neonröhre mit diffuser Beleuchtung - und somit weichen Schatten handelt. HDRI erlaubt auch eine realistischere Farbgebung der virtuellen, gerenderten Szene.

Unterstützung

So gut wie alle großen 3D-Programme (z.B. Cinema 4D, 3DS Max, Maya, ...) unterstützen den Import und das Rendering mit HDRI-Bildern (wobei das Radiance-Format noch einen kleinen Vorsprung gegenüber OpenEXR hat). Insbesondere mit Global Illumination und Radiosity kommen die Vorteile von HDRI-Bildern als Grundlage für "Image based Lightening" oder Umgebungsmaps für Reflektionen zur Geltung.

Das bekannteste Programm zur Erstellung und Bearbeitung von HDRI-Bildern ist wohl [1] HDRShop, das in der ersten Version noch als kostenloser Download zur Verfügung steht. Mit der neuen Version 2 ist das Programm allerdings kostenpflichtig geworden.

Mit Photoshop CS2 unterstützt auch Adobes populäres Bildbearbeitungsprogramm den Import/Export sowie das Generieren von HDRI-Bildern. Für ältere Photoshop-Versionen stehen zumindest für OpenEXR u.a. das offizielle und unter der BSD-Lizenz stehende [2]Photoshop-Plugin von "ILM" oder ein [3]kostenloses Import-Plugin des Post-Hauses "The Orphanage" zur Verfügung. Letzteres ist vor allem deshalb interessant, da es auch mit der Compositing-Software Adobe After Effects funktioniert. Mit [4] eLin existiert nun auch ein HDRI-Compositing Plugin-Paket für Adobe After Effects, das für die nicht-kommerzielle Verwendung kostenlos heruntergeladen werden kann.

Weblinks

• http://www.hdri.at/hdri.htm
• http://www.anyhere.com/gward/hdrenc/hdr_encodings.html (Englisch)
• http://www.openexr.com (Englisch)
• kostenloses After Effects + Photoshop-Plugin (read only): http://www.theorphanage.com/tech/OrphEXR/ (Englisch)
• eLin, ein HDRI-Compositing-Plugin für Adobe After Effects: http://www.redgiantsoftware.com/elin1.html (Englisch)
• http://www.debevec.org (Englisch)