HDR：创造沉浸体验式“真”影像

张宁

（接上期）

3.沉浸式体验真实影像

作为数字影像的始作俑者和胶片帝国的”掘墓人”，柯达在20世纪90年代开启了数字中间片的大门，开发了胶片数字化的Cineon规范。把传感器的直线性数字化改为对数数字化，将胶片的全动态范围看作大约10档，后来经过改良的Cineon10比特标准实际上提供了稍大于11档的范围，为向上或向下调整视亮度都提供了“上净空”和“下净空”，而不会发生限幅。使用Cineon，一档是90个码值。图8使基准黑与基准白之间的正常曝光量范围填充了数据范围的2/3，同时将超白压缩到数据范围的上1/3内，而不是整个范围的90%以上。对数数字化已经保留了电影的全动态范围，将图像的正常曝光部分放在了靠近数据范围的中间段，这是进行影调表达最理想的区域。

Cineon功不可没，她孕育了当前最流行的影像数字编码范式，但是她毕竟是十几年前的产品，在摩尔定律依然有效的今天，Cineon已老无所依。数字摄影机厂商的设计中，不同的Log在算法上赋予了基准白不同的位置，在10比特系统中，S-Log2位于码值582附近，对应的电平IRE值59.1。这种比例分配更多的照顾了超白影调部分的层次，高光生动富于变化。但中间调和暗部相對比例缩小，影调关系富有个性，在定光时要谨慎对待。（表1）

通过提升传感器材料性能，借助对数曲线，数字摄影机已经达到了15+档的宽容度（少数厂商宣称已经超过了16档），拍摄已经基本实现HDR。从2010年ARRI第一台应用LOG对数伽马的数字摄影机开始，数字产品正朝着全面超越胶片影像质量的目标迈进。2014年《星际穿越》上映，胶片的铁粉导演诺兰非常留恋地表达了这是自己最后一部胶片电影的感慨，从艺术创作方面也标志着数字已经完全可以替代胶片。

后期流程中ACES用25档的宽容度，16bit半浮点运算，在整个框架规范上也已经实现HDR，但具体到制作设备，尤其是数字调光调色设备内部的具体算法，HDR还没有形成通用的标准。图9是ACES输出设备转换中适用P3色域、SMPTE标准PQ色调曲线HDR设置，制作人员可以根据显示设备的亮度峰值定义白点的亮度。

DaVinci Resolve从版本12.0起，提供不同伽马和HDR的转换。（图10）

影像记录领域的一切努力都是为了一个目标，那就是更逼真地再现我们赖以生存的世界。HDR近在咫尺，数字影像不应该仅仅以“胶片感”为目标，充当胶片的替代品，而是应该全方位应用HDR，成为沉浸式逼真影像的创造者。

HDR是High Dyamic Rang（高动态范围）的缩写，是首先应用于数字照相机中的技术。数字动态影像虽然也用HDR这种表述，实际上却不是一回事。照相机的HDR是同时拍摄两张或多张照片，采用包围式曝光，然后再合成。虽然RED开发了自己特有的×帧技术，但严格讲动态影像并不适用这种包围式的方法，因为时域上的错位会造成重影和模糊。现在的数字摄影机HDR技术的核心是提高传感器件性能，扩展其宽容度，达到15+档甚至16+档的动态范围，填满人眼的视阈界限。这个技术目前在数字摄影机已经基本实现。

既然前期拍摄能实现HDR，那么就要毫不吝惜的使用16Bit RAW或是对数特性的Log，并在拍摄时区分明视觉和暗视觉。在明视觉环境下（以晴天阳光照射为例），不过分追求300nits以下的暗部细节，重点要集中在7000nits上下部分的表现，兼顾30000nits的层次。用Log模式拍摄时，要针对不同的Log进行测试，掌握不同厂商的对数编码在影调关系上表达重点的诉求差异，给主要被摄对象分配更多的码率资源，以丰富这一部分的影调层次。

当宽容度不够时，胶片时期的创作首先考虑的是取舍。

第一，以人物或其他拍摄对象的正确曝光作为定光点，以此为中心舍弃不能记录的高光或暗部。

第二，以高光处作为感光材料的曝光上限，然后根据感光材料的宽容度计算，推导出这场戏的定光点。实拍时被摄主体的亮度如果不能满足定光点的曝光量，用人工布光的方式补光。如果超出了定光点的要求，则要通过挡光的方式减光，达到理想的影调关系。

HDR和胶片的创作理念整体上一致，只是因为其接近人眼的大宽容度，被胶片肩部压缩的高光在HDR中能够得到比较充分的展开，影调控制的具体参数上还是存在不小差异的。

第一，数字摄影机多出来的2-4档的宽容度，意味着4倍甚至16倍于胶片的光比，更为丰富的高光表现一定是HDR影像的特质。这里的高光和胶片时代有了根本的不同，胶片依靠它非常有弹性的肩部的确能够记录更亮的部分，但是在影调上却极大压缩了层次关系。通过后期配光也无法完全展开，能展开的部分亦缺少层次。所以HDR在创作中一定是以丰富的高光层次为诉求。

第二，定光点要准确，不能过分依赖后期调整。高光点的位置从定光点以上不再是4档，而是6档甚至7档。既然有这么大的余地，可否放松对曝光控制的要求，通过后期调整加以弥补？答案当然是否定的。从来创作都是一件严肃的事情，“前期不够后期补”从来都不是正确的选择。当然，前期有拿捏不准的情况，为了给后期留足余地，需要考虑用高比特的RAW格式拍摄。余地有多大？这取决于究竟有多少冗余码值供我们使用，实践表明RAW多一些，而Log只有1-2档。

第三，影调控制要精准。由于不同摄影机传感器感光度、宽容度、工作空间特性的不同，在记录同一场景时会产生不同的影调结构。了解了不同摄影机以及不同工作空间模式的影调传递特性，自然场景和人工照明场景的影调结构和最终呈现的关系就会变得非常明确。在此基础上，总结100多年来影视创作在影调结构设计中的经验，结合摄影机不同的工作空间特性，调整用光量和光比，能够精确控制画面创作中的影调结构和预判最终的画面效果呈现。

当然要想全面实现HDR，还需要在终端显示技术上突破。观众家庭普通的液晶电视机的亮度在200-400尼特，对比度1000：1，和人眼能看到的10万比1的自然界亮度比相比，简直是“茶壶里煮饺子”（王亚明语）。电影院放映设备的亮度更低，一般为48尼特，借助于全黑的观看环境，对比度也能达到1000：1。杜比vision利用激光技术把放映机的亮度提高到了106尼特，大大提高影像的观感，效果震撼。超高亮度的显示屏也已经被研发出来，最高可以达到4000尼特。SONY的OLED技术虽然最高亮度只有1000k特，但是自发光材料的特性可以得到亮度极低的“黑”，官方给出的数据是对比度1000000：1，甚是惊人。

数字化是影像记录领域最伟大的革命，它正带领我们走入两个截然不同的世界。一个是基于计算机的虚拟仿真，也就是VR。另一个是更加逼真的再现人眼看到的现实世界，即HDR。VR正在起步，大家对它的巨大潜能充满好奇，但在具体应用中还存在许多未知数。而HDR正相反，借助人类一百多年的研究实践成果和材料科学的不断突破，这项伟大的创造在技术层面已经尘埃落定，在创作中正在结出硕果。优秀的HDR画面，在表现自然场景时层次丰富，细节突出。以人物为表现主体时有更强烈的质感，情绪传递更加准确到位。可以说HDR是影视艺术创作价值评判的技术实现，是对光影关系的重新定义。HDR还意味着在“逼真”呈现的初始要义之外，现有技术手段对光影的重塑能力被大大增强了，它为造型语言创造了一种新的美的形式。

HDR使人类第一次有能力完美的复制大自然的光影关系，如果说之前的影视艺术模拟人的感知，观众被动接受，那么HDR则是用沉浸式参与，激励观众进入积极主动的审美接受状态。从感知到沉浸，获得更高层次的审美体验，这应该是HDR创作应用的终极追求。