عرض عالي النطاق الديناميكي

تستطيع العين البشرية إدراك مشاهد ذات نسبة تباين ديناميكي عالية جدًا ، تصل إلى حوالي 1,000,000:1. ويتحقق التكيف جزئيًا من خلال تعديلات في قزحية العين وتغيرات كيميائية بطيئة، تستغرق بعض الوقت (مثل التأخير في القدرة على الرؤية عند الانتقال من الإضاءة الساطعة إلى الظلام الدامس). في أي لحظة، يكون نطاق الرؤية الثابت للعين أصغر، حوالي 10,000:1. ومع ذلك، لا يزال هذا النطاق أعلى من نطاق الرؤية الثابت لمعظم تقنيات العرض. ^{[ 10 ]}

على الرغم من أن العديد من الشركات المصنعة تدّعي تحقيق أرقام عالية جدًا، إلا أن شاشات البلازما وشاشات الكريستال السائل وشاشات CRT لا تُقدّم سوى جزء ضئيل من نسبة التباين الموجودة في الواقع، وعادةً ما تُقاس هذه النسب في ظروف مثالية. أما التباين المتزامن للمحتوى الحقيقي في ظروف المشاهدة العادية فهو أقل بكثير.

يمكن تحقيق زيادة في النطاق الديناميكي لشاشات LCD عن طريق خفض الإضاءة الخلفية تلقائيًا في المشاهد المظلمة. على سبيل المثال، تُطلق شركة LG على هذه التقنية اسم "التباين الرقمي الدقيق"؛ ^{[ 11 ]} وتصفها سامسونج بأنها "نسبة التباين الديناميكي". وهناك تقنية أخرى تتمثل في استخدام مجموعة من مصابيح LED الخلفية ذات مستويات سطوع مختلفة، كما هو الحال في الأنظمة التي طورتها شركة BrightSide Technologies. ^{[ 12 ]}

تتمتع شاشات OLED بقدرات نطاق ديناميكي أفضل من شاشات LCD، وهي مشابهة لشاشات البلازما ولكن باستهلاك أقل للطاقة. يحدد معيار Rec. 709 نطاق الألوان لتلفزيون عالي الوضوح ( HDTV) ، بينما يحدد معيار Rec. 2020 نطاق ألوان أوسع ولكنه لا يزال غير مكتمل لتلفزيون فائق الوضوح .

منذ العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، قللت تقنيات العرض OLED وغيرها من تقنيات HDR من الحاجة إلى تعيين النطاق الديناميكي HDR إلى النطاق الديناميكي القياسي أو ألغت هذه الحاجة تمامًا .

ينتج توهج الضوء عن تشتته في عدسة العين البشرية، وهو ما يفسره الدماغ البشري على أنه بقعة مضيئة في المشهد. على سبيل المثال، سيبدو الضوء الساطع في الخلفية وكأنه يمتد إلى الأجسام في المقدمة. ويمكن استخدام هذه الظاهرة لخلق وهم بصري يجعل البقعة المضيئة تبدو أكثر سطوعًا مما هي عليه في الواقع. ^{[ 5 ]}

التوهج هو انكسار الضوء في عدسة العين البشرية، مما ينتج عنه "أشعة" ضوئية تنبعث من مصادر ضوئية صغيرة، وقد ينتج عنه أيضًا بعض التأثيرات اللونية. وهو أكثر وضوحًا على مصادر الضوء النقطية بسبب زاوية الرؤية الضيقة لها. ^{[ 5 ]}

لا تستطيع شاشات العرض التقليدية عرض ضوء ساطع كالشمس، كما أن إضاءة الغرفة المحيطة تمنعها من عرض اللون الأسود الحقيقي. لذا، يتعين على أنظمة عرض النطاق الديناميكي العالي (HDR) مطابقة النطاق الديناميكي الكامل لما تراه العين في المشهد المعروض مع إمكانيات الجهاز. تتم هذه المطابقة اللونية بناءً على ما تراه كاميرا المشهد الافتراضي، بالإضافة إلى العديد من المؤثرات التي تغطي كامل الشاشة، مثل محاكاة الغبار في الهواء المضاء بأشعة الشمس المباشرة في كهف مظلم، أو تشتت الضوء في العين.

يمكن استخدام تقنيات رسم خرائط النغمات وتظليل التوهج معًا للمساعدة في محاكاة هذه التأثيرات.

في سياق معالجة الرسومات، تُستخدم تقنية تعيين الدرجات اللونية لربط الألوان من نطاق ديناميكي عالٍ (حيث تُجرى حسابات الإضاءة) إلى نطاق ديناميكي أقل يتناسب مع إمكانيات جهاز العرض المطلوب. عادةً ما يكون هذا الربط غير خطي، إذ يحافظ على نطاق كافٍ للألوان الداكنة ويُقلل تدريجيًا النطاق الديناميكي للألوان الفاتحة. غالبًا ما تُنتج هذه التقنية صورًا جذابة بصريًا بتفاصيل وتباين جيدين. توجد مُعاملات مختلفة لتعيين الدرجات اللونية، تتراوح بين الطرق البسيطة التي تعمل في الوقت الفعلي والمستخدمة في ألعاب الكمبيوتر، إلى تقنيات أكثر تطورًا تُحاول محاكاة الاستجابة الإدراكية للجهاز البصري البشري.

يمكن لشاشات HDR ذات إمكانيات النطاق الديناميكي العالي أن تقلل أو تلغي عملية تعيين النغمات المطلوبة بعد HDRR، مما ينتج عنه صورة أكثر واقعية.

بدأت تأثيرات التظليل المعقدة مع إصدار Shader Model 1.0 مع DirectX 8. أضاء Shader Model 1.0 العوالم ثلاثية الأبعاد بما يُسمى الإضاءة القياسية. إلا أن الإضاءة القياسية كانت تعاني من مشكلتين:

1. كانت دقة الإضاءة محصورة في أعداد صحيحة من 8 بت، مما حدّ من نسبة التباين إلى 256:1. باستخدام نموذج ألوان HVS ، تتراوح قيمة (V)، أو سطوع اللون، بين 0 و255. هذا يعني أن أشد درجات اللون الأبيض سطوعًا (قيمة 255) هي أسطع بمقدار 255 درجة فقط من أغمق درجة لون أعلى من الأسود النقي (أي: قيمة 0).
2. كانت حسابات الإضاءة تعتمد على الأعداد الصحيحة ، وهو ما لم يوفر دقة كبيرة لأن العالم الحقيقي لا يقتصر على الأعداد الصحيحة.

في 24 ديسمبر 2002، أصدرت مايكروسوفت نسخة جديدة من DirectX . قدّمت DirectX 9.0 نموذج Shader Model 2.0، الذي وفّر أحد المكونات الأساسية لتمكين عرض الصور ذات النطاق الديناميكي العالي: لم تعد دقة الإضاءة محدودة بـ 8 بتات فقط. مع أن 8 بتات كانت الحد الأدنى في التطبيقات، كان بإمكان المبرمجين اختيار دقة إضاءة تصل إلى 24 بت كحد أقصى. ومع ذلك، ظلت جميع العمليات الحسابية تعتمد على الأعداد الصحيحة. كانت بطاقة ATI Radeon 9700 من أوائل بطاقات الرسومات التي دعمت DirectX 9.0 بشكل أصلي ، على الرغم من أن هذا التأثير لم يُبرمج في الألعاب لسنوات لاحقة. في 23 أغسطس 2003، حدّثت مايكروسوفت DirectX إلى DirectX 9.0b، مما مكّن ملف تعريف Pixel Shader 2.x (الممتد) لسلسلة ATI Radeon X وسلسلة NVIDIA GeForce FX من وحدات معالجة الرسومات.

في 9 أغسطس 2004، قامت مايكروسوفت بتحديث DirectX مرة أخرى إلى الإصدار 9.0c. وكشف هذا التحديث أيضًا عن ملف تعريف Shader Model 3.0 للغة التظليل عالية المستوى (HLSL). يتميز Shader Model 3.0 بدقة إضاءة لا تقل عن 32 بت، مقارنةً بـ 8 بت في الإصدار 2.0. كما أصبحت جميع حسابات دقة الإضاءة تعتمد على الفاصلة العائمة . وتشير NVIDIA إلى أن نسب التباين باستخدام Shader Model 3.0 يمكن أن تصل إلى 65535:1 بدقة إضاءة 32 بت. في البداية، كان HDRR متاحًا فقط على بطاقات الفيديو التي تدعم تأثيرات Shader Model 3.0، ولكن سرعان ما أضاف مطورو البرامج التوافق مع Shader Model 2.0. تجدر الإشارة إلى أنه عند الإشارة إلى HDR باسم Shader Model 3.0، فإن HDRR يتم تنفيذه فعليًا عن طريق مزج FP16. لا يُعدّ دمج FP16 جزءًا من Shader Model 3.0، ولكنه مدعوم في الغالب بواسطة البطاقات التي تدعم Shader Model 3.0 (باستثناء سلسلة GeForce 6200). يُمكن استخدام دمج FP16 كطريقة أسرع لعرض HDR في ألعاب الفيديو.

يُعدّ Shader Model 4.0 ميزةً من ميزات DirectX 10، الذي صدر مع نظام التشغيل Windows Vista. يسمح Shader Model 4.0 بعرض HDR بدقة 128 بت، على عكس HDR بدقة 64 بت في Shader Model 3.0 (مع أن هذا ممكن نظريًا في Shader Model 3.0).

يُعد Shader Model 5.0 ميزة من ميزات DirectX 11. فهو يسمح بضغط نسيج HDR بنسبة 6:1 دون فقدان ملحوظ، وهو أمر شائع في الإصدارات السابقة من تقنيات ضغط نسيج HDR في DirectX.

من الممكن تطوير تقنية HDRR من خلال برنامج GLSL shader بدءًا من OpenGL 1.4 فصاعدًا.

• محرك Unreal Engine 5
• محرك Unreal Engine 4
• محرك Unreal Engine 3 ^{[ 13 ]}
• محرك كروم 3
• المصدر ^{[ 14 ]}
• المصدر 2
• جودو ^{[ 15 ]}
• محرك Serious Engine 2
• إطار عمل MT 2
• محرك RE
• محرك ريد إنجن 3 ^{[ 16 ]}
• محرك CryEngine ، ^{[ 17 ]} محرك CryEngine 2 ، ^{[ 18 ]} محرك CryEngine 3
• محرك دنيا
• جامبريو
• ديسيما ^{[ 19 ]}
• الوحدة
• آي دي تك 5
• ليثتك
• يونيجين ^{[ 20 ]}
• قضمة الصقيع 2
• الواقع الافتراضي 2 و3 و4
• محرك HPL 3
• Babylon JS ^{[ 21 ]}
• عزم الدوران ثلاثي الأبعاد ^{[ 22 ]}
• محرك الأشعة السينية