HDR：創(chuàng)造沉浸體驗式“真”影像

張寧

（接上期）

3.沉浸式體驗真實影像

作為數(shù)字影像的始作俑者和膠片帝國的”掘墓人”，柯達(dá)在20世紀(jì)90年代開啟了數(shù)字中間片的大門，開發(fā)了膠片數(shù)字化的Cineon規(guī)范。把傳感器的直線性數(shù)字化改為對數(shù)數(shù)字化，將膠片的全動態(tài)范圍看作大約10檔，后來經(jīng)過改良的Cineon10比特標(biāo)準(zhǔn)實際上提供了稍大于11檔的范圍，為向上或向下調(diào)整視亮度都提供了“上凈空”和“下凈空”，而不會發(fā)生限幅。使用Cineon，一檔是90個碼值。圖8使基準(zhǔn)黑與基準(zhǔn)白之間的正常曝光量范圍填充了數(shù)據(jù)范圍的2/3，同時將超白壓縮到數(shù)據(jù)范圍的上1/3內(nèi)，而不是整個范圍的90%以上。對數(shù)數(shù)字化已經(jīng)保留了電影的全動態(tài)范圍，將圖像的正常曝光部分放在了靠近數(shù)據(jù)范圍的中間段，這是進行影調(diào)表達(dá)最理想的區(qū)域。

Cineon功不可沒，她孕育了當(dāng)前最流行的影像數(shù)字編碼范式，但是她畢竟是十幾年前的產(chǎn)品，在摩爾定律依然有效的今天，Cineon已老無所依。數(shù)字?jǐn)z影機廠商的設(shè)計中，不同的Log在算法上賦予了基準(zhǔn)白不同的位置，在10比特系統(tǒng)中，S-Log2位于碼值582附近，對應(yīng)的電平IRE值59.1。這種比例分配更多的照顧了超白影調(diào)部分的層次，高光生動富于變化。但中間調(diào)和暗部相對比例縮小，影調(diào)關(guān)系富有個性，在定光時要謹(jǐn)慎對待。（表1）

通過提升傳感器材料性能，借助對數(shù)曲線，數(shù)字?jǐn)z影機已經(jīng)達(dá)到了15+檔的寬容度（少數(shù)廠商宣稱已經(jīng)超過了16檔），拍攝已經(jīng)基本實現(xiàn)HDR。從2010年ARRI第一臺應(yīng)用LOG對數(shù)伽馬的數(shù)字?jǐn)z影機開始，數(shù)字產(chǎn)品正朝著全面超越膠片影像質(zhì)量的目標(biāo)邁進。2014年《星際穿越》上映，膠片的鐵粉導(dǎo)演諾蘭非常留戀地表達(dá)了這是自己最后一部膠片電影的感慨，從藝術(shù)創(chuàng)作方面也標(biāo)志著數(shù)字已經(jīng)完全可以替代膠片。

后期流程中ACES用25檔的寬容度，16bit半浮點運算，在整個框架規(guī)范上也已經(jīng)實現(xiàn)HDR，但具體到制作設(shè)備，尤其是數(shù)字調(diào)光調(diào)色設(shè)備內(nèi)部的具體算法，HDR還沒有形成通用的標(biāo)準(zhǔn)。圖9是ACES輸出設(shè)備轉(zhuǎn)換中適用P3色域、SMPTE標(biāo)準(zhǔn)PQ色調(diào)曲線HDR設(shè)置，制作人員可以根據(jù)顯示設(shè)備的亮度峰值定義白點的亮度。

DaVinci Resolve從版本12.0起，提供不同伽馬和HDR的轉(zhuǎn)換。（圖10）

影像記錄領(lǐng)域的一切努力都是為了一個目標(biāo)，那就是更逼真地再現(xiàn)我們賴以生存的世界。HDR近在咫尺，數(shù)字影像不應(yīng)該僅僅以“膠片感”為目標(biāo)，充當(dāng)膠片的替代品，而是應(yīng)該全方位應(yīng)用HDR，成為沉浸式逼真影像的創(chuàng)造者。

HDR是High Dyamic Rang（高動態(tài)范圍）的縮寫，是首先應(yīng)用于數(shù)字照相機中的技術(shù)。數(shù)字動態(tài)影像雖然也用HDR這種表述，實際上卻不是一回事。照相機的HDR是同時拍攝兩張或多張照片，采用包圍式曝光，然后再合成。雖然RED開發(fā)了自己特有的×幀技術(shù)，但嚴(yán)格講動態(tài)影像并不適用這種包圍式的方法，因為時域上的錯位會造成重影和模糊。現(xiàn)在的數(shù)字?jǐn)z影機HDR技術(shù)的核心是提高傳感器件性能，擴展其寬容度，達(dá)到15+檔甚至16+檔的動態(tài)范圍，填滿人眼的視閾界限。這個技術(shù)目前在數(shù)字?jǐn)z影機已經(jīng)基本實現(xiàn)。

既然前期拍攝能實現(xiàn)HDR，那么就要毫不吝惜的使用16Bit RAW或是對數(shù)特性的Log，并在拍攝時區(qū)分明視覺和暗視覺。在明視覺環(huán)境下（以晴天陽光照射為例），不過分追求300nits以下的暗部細(xì)節(jié)，重點要集中在7000nits上下部分的表現(xiàn)，兼顧30000nits的層次。用Log模式拍攝時，要針對不同的Log進行測試，掌握不同廠商的對數(shù)編碼在影調(diào)關(guān)系上表達(dá)重點的訴求差異，給主要被攝對象分配更多的碼率資源，以豐富這一部分的影調(diào)層次。

當(dāng)寬容度不夠時，膠片時期的創(chuàng)作首先考慮的是取舍。

第一，以人物或其他拍攝對象的正確曝光作為定光點，以此為中心舍棄不能記錄的高光或暗部。

第二，以高光處作為感光材料的曝光上限，然后根據(jù)感光材料的寬容度計算，推導(dǎo)出這場戲的定光點。實拍時被攝主體的亮度如果不能滿足定光點的曝光量，用人工布光的方式補光。如果超出了定光點的要求，則要通過擋光的方式減光，達(dá)到理想的影調(diào)關(guān)系。

HDR和膠片的創(chuàng)作理念整體上一致，只是因為其接近人眼的大寬容度，被膠片肩部壓縮的高光在HDR中能夠得到比較充分的展開，影調(diào)控制的具體參數(shù)上還是存在不小差異的。

第一，數(shù)字?jǐn)z影機多出來的2-4檔的寬容度，意味著4倍甚至16倍于膠片的光比，更為豐富的高光表現(xiàn)一定是HDR影像的特質(zhì)。這里的高光和膠片時代有了根本的不同，膠片依靠它非常有彈性的肩部的確能夠記錄更亮的部分，但是在影調(diào)上卻極大壓縮了層次關(guān)系。通過后期配光也無法完全展開，能展開的部分亦缺少層次。所以HDR在創(chuàng)作中一定是以豐富的高光層次為訴求。

第二，定光點要準(zhǔn)確，不能過分依賴后期調(diào)整。高光點的位置從定光點以上不再是4檔，而是6檔甚至7檔。既然有這么大的余地，可否放松對曝光控制的要求，通過后期調(diào)整加以彌補？答案當(dāng)然是否定的。從來創(chuàng)作都是一件嚴(yán)肅的事情，“前期不夠后期補”從來都不是正確的選擇。當(dāng)然，前期有拿捏不準(zhǔn)的情況，為了給后期留足余地，需要考慮用高比特的RAW格式拍攝。余地有多大？這取決于究竟有多少冗余碼值供我們使用，實踐表明RAW多一些，而Log只有1-2檔。

第三，影調(diào)控制要精準(zhǔn)。由于不同攝影機傳感器感光度、寬容度、工作空間特性的不同，在記錄同一場景時會產(chǎn)生不同的影調(diào)結(jié)構(gòu)。了解了不同攝影機以及不同工作空間模式的影調(diào)傳遞特性，自然場景和人工照明場景的影調(diào)結(jié)構(gòu)和最終呈現(xiàn)的關(guān)系就會變得非常明確。在此基礎(chǔ)上，總結(jié)100多年來影視創(chuàng)作在影調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計中的經(jīng)驗，結(jié)合攝影機不同的工作空間特性，調(diào)整用光量和光比，能夠精確控制畫面創(chuàng)作中的影調(diào)結(jié)構(gòu)和預(yù)判最終的畫面效果呈現(xiàn)。

當(dāng)然要想全面實現(xiàn)HDR，還需要在終端顯示技術(shù)上突破。觀眾家庭普通的液晶電視機的亮度在200-400尼特，對比度1000：1，和人眼能看到的10萬比1的自然界亮度比相比，簡直是“茶壺里煮餃子”（王亞明語）。電影院放映設(shè)備的亮度更低，一般為48尼特，借助于全黑的觀看環(huán)境，對比度也能達(dá)到1000：1。杜比vision利用激光技術(shù)把放映機的亮度提高到了106尼特，大大提高影像的觀感，效果震撼。超高亮度的顯示屏也已經(jīng)被研發(fā)出來，最高可以達(dá)到4000尼特。SONY的OLED技術(shù)雖然最高亮度只有1000k特，但是自發(fā)光材料的特性可以得到亮度極低的“黑”，官方給出的數(shù)據(jù)是對比度1000000：1，甚是驚人。

數(shù)字化是影像記錄領(lǐng)域最偉大的革命，它正帶領(lǐng)我們走入兩個截然不同的世界。一個是基于計算機的虛擬仿真，也就是VR。另一個是更加逼真的再現(xiàn)人眼看到的現(xiàn)實世界，即HDR。VR正在起步，大家對它的巨大潛能充滿好奇，但在具體應(yīng)用中還存在許多未知數(shù)。而HDR正相反，借助人類一百多年的研究實踐成果和材料科學(xué)的不斷突破，這項偉大的創(chuàng)造在技術(shù)層面已經(jīng)塵埃落定，在創(chuàng)作中正在結(jié)出碩果。優(yōu)秀的HDR畫面，在表現(xiàn)自然場景時層次豐富，細(xì)節(jié)突出。以人物為表現(xiàn)主體時有更強烈的質(zhì)感，情緒傳遞更加準(zhǔn)確到位。可以說HDR是影視藝術(shù)創(chuàng)作價值評判的技術(shù)實現(xiàn)，是對光影關(guān)系的重新定義。HDR還意味著在“逼真”呈現(xiàn)的初始要義之外，現(xiàn)有技術(shù)手段對光影的重塑能力被大大增強了，它為造型語言創(chuàng)造了一種新的美的形式。

HDR使人類第一次有能力完美的復(fù)制大自然的光影關(guān)系，如果說之前的影視藝術(shù)模擬人的感知，觀眾被動接受，那么HDR則是用沉浸式參與，激勵觀眾進入積極主動的審美接受狀態(tài)。從感知到沉浸，獲得更高層次的審美體驗，這應(yīng)該是HDR創(chuàng)作應(yīng)用的終極追求。