ToneMapping算法簡介

說起Tone Mapping，就不能不提HDR。HDR(High Dynamic Range, 高動態范圍)是一種顏色范圍，在傳統的RGB中，每一個通道的顏色都是從屬於[0,1]之間的浮點數范圍，0代表純黑，1代表純白，超過了1仍然會歸為白色；但是在現實光照方程中卻沒有這個限制，光的強度可以設置為任意大，那么就需要重新設定顏色的范圍，這就是HDR。有了HDR，場景中亮的東西可以變得非常亮，暗的東西可以變得非常暗，而且充滿細節。
之前提過的顏色值只能屬於[0,1]之間的算法稱作LDR（Low Dynamic Range,低動態范圍），那么假設我們在計算中采用的是HDR，因為計算機屏幕只能顯示[0,1]之間（也就是LDR）的顏色，因此在最終輸出顏色的時候需要做一個從HDR到LDR的轉換，具體的轉換算法就是ToneMapping。
《LearnOpenGL》中提到了兩種ToneMapping的算法，我們對此分別進行說明。
最簡單的色調映射算法是Reinhard ToneMapping。它的實現非常簡單，代碼如下：

float3 ReinhardToneMapping(float3 color, float adapted_lum) 
{
    const float MIDDLE_GREY = 1;
    color *= MIDDLE_GREY / adapted_lum;
    return color / (1.0f + color);
}

MIDDLE_GREY是默認為灰的顏色，adapted_lum是統計的亮度（具體的計算可以參考Photographic Tone Reproduction for Digital Images這篇論文），我試了一下，它的函數圖形如下（默認MIDDLE_GREY和adapted_lum都是1）：

雖然它的做法簡單粗暴，亮的變暗，暗的變亮，但是缺點就是把所有的顏色都往中間壓縮，整體畫面會顯得灰暗，下圖來自於使用該算法的一個場景：

后來CryEngine又提出了另一種ToneMapping方法，將亮的部分壓平：

float3 CEToneMapping(float3 color, float adapted_lum) 
{
    return 1 - exp(-adapted_lum * color);
}

其中adapted_lum是曝光度，曝光度越高整體越亮，比Reinhard的方法更鮮艷，如下圖所示：

以上就介紹這兩種方法，后來人們還提出了更多效果更好的方法，可以參照這篇文章進一步地學習：https://zhuanlan.zhihu.com/p/21983679