NVIDIA游戏动力源泉！三重威力全攻略

　　HDR即“High-Dynamic Range”，高动态范围光照的简称。我们知道，电脑能够显示的颜色包括红、绿、蓝、Alpha共4个通道，每个通道拥有8bit、也就是256种颜色，每存储一种颜色需要4个8bit即32bit的空间。

　　在这种图像描述模型中，画面中的每个像素色彩和亮度值都是由整数来表示。但是在处理图片时，这种精度依然无法代表人肉眼可以看到的真实世界，难以满足实际使用的要求。并且随着进一步的图形处理运算，颜色部分还会产生细微的变化，经过反复多次运算的积累后，还会产生色彩细节丢失问题，无法真实再现自然的光照情况。

　　与采用8位纹理格式（24/32位颜色每像素）的“传统渲染”（LDR, Low Dynamic Range）模式相比，HDR可以支持电影业常用的fp16/fp32纹理格式（每像素采用64/128位浮点数），并支持fp16格式的混合和滤波操作。LDR只能表现出256：1的动态范围（每种颜色的两度范围），而人眼能够感知的亮度范围是1014：1,因此传统的8位整数格式难以表现出真实世界的光照情况。而NVIDIA HDR技术采用fp16的纹理格式，能够支持1012：1以上的动态范围，因此可以表现出非常逼真的光照效果。

◎ 为什么需要HDR

　　为了解决这一问题，NVIDIA从GeForce 6开始引入了HDR高动态范围光照技术，采用4个16bit或4个32bit，达到64bit或128bit带宽的色彩光照像素浮点格式。顾名思义，这种全新的渲染方式对于三维空间的光线表现有着明显的改善作用。其主旨就在于将组成画面的每个像素的色彩、亮度等光照参数，以更为精确的形式表达和存储，使其更接近于实际的物理环境。简单来说，让色彩和光照灰度更加层次丰富，过渡饱满不失真。做到“亮的地方真正地亮，暗的地方真正地暗”。

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◎ HDR技术分析及其重要性

　　结合NVIDIA HDR技术，高动态范围光照就能够高效、漂亮地执行。渲染任务可以分为为三个环节——光传递、光调影射、色彩及伽玛纠正。HDR可以将画面中的每个像素的色彩和亮度值用实际物理参数或是线性函数来表示，而不再像过去那样只能限定用整数。这样支持HDR技术的GPU就可以将大量的色彩数据以原有精度（或近似原有精度）保存起来，尽可能地避免了色彩失真情况。由于在实际应用中，电脑无法达到无限的取值范围，所以NVIDIA采用了由Industrial Light & Magic开发，基于工业光魔（ILM）的标准16位OpenEXR格式——用1个bit位来标志“指数”，5bit来存放指数的值，10bit存放色度坐标（u，v）的尾数。其动态范围从6.14×10-5到6.41×104，在显卡中处理分为3个步骤：

　1．将画面用高光照动态范围渲染，并储存每个象素的亮度特性，而着色器、纹理过滤以及缓存操作都支持浮点格式；

　２．将HDR高动态画面转成RGBA或sRGB等低动态范围的画面；

　３．经过色彩和伽玛校正后传送到显示设备。人类眼睛对光的相应呈对数关系。事实上，人类的眼睛对较低光度的光更敏感，能看到暗处细节要比更高光照强度处更丰富。伽马纠正的目的就是为了让显示器能正确地再现人类眼睛的这种视觉效果。

　　通过HDR技术，游戏开发人员可以轻松地利用先进的着色、混合、过滤和纹理功能，创造彩虹色、动作模糊和柔和阴影等准确的效果。在最新的优异3D游戏中，HDR高动态范围光照技术的效果表现相当地明显，可以呈现出非常细微的光线变化，帮助用户获得最真实的光影体验。开发人员依然能在优先考虑内存空间利用率的时候使用16位模式， 但是现在他们在更广阔的实时渲染应用范围上能够达成更高品质的画面。用户会赏识并乐意于看到更丰富、更绚丽的画面体验，游戏开发人员能以此抛离其竞争对手。

　　而这种画面质量的改善，是简单地提升“显卡频率”所无法做到的，这也让人们充分认识到了各项渲染技术的重要性。