Tonemapping von HDRIs

Moin Gemeinde,

ich hab' mich gestern mal über Tonemapping von HDRIs schlau gelesen. Dabei kam mir die Frage nach dem Vorteil einer solchen Aktion. Ich gehe davon aus, dass es aufgrund des reduzierten Informationsumfangs einfach bessere Renderzeiten gibt.
Allerdings frage ich mich auch, ob es genau aus dem selben Grund (weniger Informationen) nicht auch deutlich andere Renderergebnisse liefert. Ich habe noch nie mit HDRIs gearbeitet. Cinema 4D R8 konnte es nicht und mit Blender steck ich noch in den Kinderschuhen.

Ich stell mir das so vor (stark vereinfacht!): Der gleißend helle Himmel wird soweit "runtergeregelt" bis man wieder Wolkenstruktur erkennt. Die Wiese bleibt nahezu gleich und die dunklen Ecken werden "hochgeregelt", dass wieder Strukturen im vorher dunklen Matsch erkennbar sind. Damit reduziert sich der Helligkeitsumfang dramatisch. Wenn jetzt aber der Himmel nicht mehr so stark strahlt, beleuchtet er auch weniger. Und aus den dunklen Ecken kommt plötzlich doch etwas Licht zurück.

Hab ich da grundlegend was falsch verstanden?

Aaaaalso: Der mögliche Helligkeitsumfang ändert sich nicht!
Beim HDRI ist es halt einfach so, dass der Helligkeitsbereich von schwarz nach weiß mathematisch gesehen weiter reicht, also im Grunde genauer ist, da es mehr Stufen besitzt als ein 255 Stufen-Gradient bei RGB (8Bit). Somit kann man den Kontrastbereich wesentlich weiter strecken.
Aber Du hast schon recht, regelt man einen hellen Bereich runter, wirds auch im Rendering dunkler, das sollte ja klar sein.

Du kannst ja testweise eins mit 100% komplett weiß, 50% weiß und 0% weiß speichern und mal die 3 Varianten testrendern.

Wenn ich den Wiki-Artikel zum Tonemapping recht verstanden habe, wird bei diesem Vorgang der Informationsumfang reduziert, damit am Ende ein LDRI, also ein Standardbild entsteht. Hab ich das vielleicht falsch verstanden?

256 Stufen Pro Kanal, also Rot Grün Blau.

das tonemappen eines hdri rechnet die enthaltenen informationen der 32bit runter auf eine von normalen anzeigegeräten darstellbaren bereich (idr macht man da ein normales 8bit draus). da jedoch extrem viel mehr informationen enthalten sind, muss man den pixeln beim "runterrechnen" irgendwie mitteilen wie die denn jetzt auszusehen haben. das was du am monitor siehst entspricht ja beim hdri nur einem kleinen ausschnitt von dem was da ist.
da der hellste punkt einer tageslichtsituation (die sonne) millionenfach heller ist als zb das weisse tshirt eines passanten der gerade durchs bild läuft, ist auch die dynamik im bild entsprechend viel höher als bei einem ganz normalen ldr, wo die beiden weissen flächen (sonne+tshirt) absolut gleichwertig sind, nämlich r255,g255,b255.
das bedeutet dann auch, dass wenn du das hdr dunkler ziehst, das shirt ganz schnell anfängt über grau ins schwarz zu gehen, wärend die sonne durch ihre enorme leuchtkraft weiterhin weiss bleibt und nur zu einer immer kleinerwerdenden kreisfläche schrumpft. gleiches gilt natürlich auch für die tiefen im bild, nur logischerweise andersherum


1)HDR - je dunkler, umso mehr zeichnung in den wolken
2)LDR - suppt ins grau weg beim dunklerziehen

diese informationen sind wiederum enorm wichtig für das rendern, da es erst so möglich wird das "echte" licht vor ort zu simulieren: stark reflektierende materialien werfen viel licht zurück, ganz schwach reflektierende logischerweise wenig. aus dem hdri können sich die materialien quasi genau den richtigen helligkeitsbereich "aussuchen" zum reflektieren.
dh große dynamik ist super fürs rendern, schlecht für normale anzeigegeräte...


1)LDR - sonne suppt einfach weg bei weniger reflektierenden materialien
2)HDR - spitzlicht bleibt bestehen

wozu also tonemappen?
mal davon abgesehen dass man uu ein schönes vollsphärisches hdri gerne entwickelt haben lassen bzw drucken lassen möchte um es sich an die wand zu hängen, macht es auch beim compositing manchmal sinn in ein ldr umzuwandeln. das finale endergebnis eines normalen renderings ist ja kein hdri, sondern ein ldr. je nach proffessionalitätsstufe sogar nichtmal 16bit sondern 8bit. ist man beim compositiong auf die hdr-sphäre als backplate angewiesen um zum finalen ergebnis zu kommen, so muss das renderingergebnis auch auf ein ldr gepackt werden. dafür kann man bzw sollte man sich nicht auf automatische umrechnungsarten verlassen die einem das hdr nach irgendwelchen algorithmen die pixel umrechnen. man muss versuchen das optimum rauszuholen, dabei aber die realität nicht aus den augen verlieren. ein bild wo einfach überall extrem viel zeichnung ist, obwohl große helligkeitsunterschiede bestehen müssten, wirkt immer etwas komisch. da hilft es oft nur zb in photoshop ein und das selbe hdri mehrmals mit verschiedenen methoden zu tonemappen und diese dann über ebenenmasken miteinander zu kombinieren. darauf einzugehen wäre zu vie des guten, jeder muss für sich selber entscheiden können was er/sie in ordnung findet und wie der persönlch beste weg sein könnte. (ich kann aber gerne bei gelegenheit mehr dazu sagen wie ich es öffters mache)
zurück zum thema: das hdr benutzt man also für das rendering, also für die beleuchtung und mmn noch wichtiger für die reflexionen. das getonemappte ldr nur(!) für das draufcompen und keinesfalls fürs rendering.

ich könnte jetzt stundenlang darüber schreiben, muss aber arbeiten (die kollegen gucken mich schon an weil ich mehr tippe als sonst den gesamten tag ) deshalb das ganze etwas unstrukturiert... komme aber sehr gerne auf das thema zurück sollte ich zu viel vergessen oder zu konfus dargestellt haben...

Ja, aber Tonemappingmacht tatsächlich nur Sinn, wenn Du etwas als Backplate oder Textur brauchst.
HDRIs sind für die Beleuchtung gedacht.

für was steht dein "ja, aber" im letzten satz gosu?
genau das schreibe ich doch... und muss ergänzen dass die reflexion mit einem hdri auch extrem von vorteil ist, nicht nur die beleuchtung.

@halvar:
wenn du das hdr nur zur beleuchtung einer szene, nicht aber auch für reflektionen in derselben benötigst, dann kannst aus dem hdr eine spherical harmonics machen und die anstelle des hdr verwenden. beleuchtungsqualität ist nur marginal geringer als mit der originalen hdr und die renderzeiten verkürzen sich mitunter erheblich.

Danke Nibbler, das letzte Drittel deines Beitrags hat mir geholfen. Und die Bilder verdeutlichen alles, sowas wollte ich sehen.

sehr gerne... btw sind das jetzt meine offiziell ersten kugelbilder auf dem ring