3DMAX VRay高级渲染实战：超现实效果与伽玛校正线性流程解析

在比较不同渲染器输出的效果图时，我们发现了一个有趣的现象。左侧的图是用错误的Gamma值计算得出的效果，而右侧的图则是在正确Gamma环境下调出的结果。VRay在预设情况下很容易计算出艳丽饱和的色调，这种色调与mental ray的细腻清色调有很大的差别。色调感的关键在于Gamma值，而不是渲染器本身。

伽玛（Gamma）是旧时代的产物。由于当时CRT屏幕输入一单位电压并不会产生等量的亮度（非线性），因此为了正确显示画面，人们特意产生了一个曲线关系（输入与输出），使得最终输出的图像为线性图像。即使是现代能够制造出线性反应的屏幕（例如液晶），这种现象仍然深深影响着图像处理，无论是后期合成调色还是3D渲染。

由于数位相机拍摄的图像一定会放在屏幕上观看，而数位相机发展的年代当时仍然是CRT，因此数位相机会自动在照片中内嵌Gamma信息，让照片能正常地显示在CRT屏幕上。然而，到了现代，这反而成为一个大问题，因为所有渲染引擎（VRay、mental ray、Finalrender、Maxwell等）都是以线性环境来计算物体与光的反应。因此，如果输入一个带有Gamma信息的贴图，会造成输出图像的错误（误差）甚至产生某种色彩调性的误解。

我们来看一下mental ray渲染出的效果图。

为了更好地理解这一概念，我们翻译了几篇不同来源的文章，希望借此机会把观念搞懂。因为线性工作流程（linear workflow）是未来的趋势。当浮点运算（16或32bit）的后制剪辑软件变成主流时，每个专业领域的人每天都会与LDR、HDR、Gamma这些东西搏斗。

Autodesk 3ds max 2010 Help中的说明图几乎涵盖了所有相关概念，关键在于在给算图器（renderer）图档之前，一定要把图档改为线性数据。这样，图档就能够在算图器这个黑盒子中以正确的数学式计算结果。在输出的时候，即使结果是正确的，如果没有调整到与屏幕相对的gamma值，那也会看起来是错误的图像！

伽玛校正（Gamma correction）是一个经常被误解的概念。简单来说，伽玛描述了相机或屏幕的非线性反应现象。当一个相机（模拟或数字）接收到两倍的光源时，相机并不会把这个数据存成两倍的RGB数值。这种现象称为伽玛，其中一个原因是显示器感光本身的问题，例如底片具有非线性的感光曲线，CRT屏幕也有同样问题：像素的亮度与输入的电压强度并不是呈现线性关系。

另一个原因是，人眼对于黑暗中的细节比明亮中的细节更敏感（人眼的感光曲线其实是对数曲线，称为Weber-Fechner定律），因此人眼视觉是以非线性的方式记录信号的。而现代液晶显示器（TFT）本身虽然没有先天上的伽玛问题，但是为了要迎合传统的工作流程，TFT屏幕会刻意模拟出伽玛的效果。

建议读者也可以阅读这篇关于线性色彩空间的文章，了解为何在处理HDRI数据时伽玛校正的重要性。如果你仍然不明白正确处理伽玛的重要性，请继续往下读。

伽玛的基本观念（Gamma 101）

所有的屏幕都有非线性的输出输入反应。这是故意的。

大多数的2D软件都会以线性的颜色模型来处理，所以它假定，255数值的亮度是128数值的两倍。但由于显示器对于信号的输出输入是非线性的，所以产生的亮度会是不正确的。事实上，大多数屏幕（gamma=2.2），如果你想要显示出255数值亮度的50%亮度的话，那你就必须要输入（0.5 ^（1/2.2）） 255 = 186的数值。如果你不考虑gamma的问题，输入128数值就只会产生大约（128/255）^ 2.2 = 22%的亮度。

数位相机基本上具有线性的输出入效果，但因为通常我们会在电脑屏幕上面看拍出来的照片，所以数位相机会故意在照片里面嵌入gamma。（所以，JPG格式是带有gamma的，但是RAW的格式是即线性资料，当你把RAW档转成JPG格式时就会产生非线性的照片了）

因此，如果你用2D软件去开你照片拍出的jpg图档时，您必须要把gamma补偿回来（去gamma）。

如果你的图片是在2D软件产生的（基本上这张图是线性的），当你把这张照片显示在带伽玛的屏幕你也要做gamma补偿。

更多关于伽玛

Gamma不是bug，它是一个功能，因为人的眼睛对光线的亮度具有非线性的感光反应。如果你每个颜色只有8 bit来记录颜色数据，很重要地利用这8 bit正确地重现人眼的感光效果很重要它必须要是非线性的编码方式。即使是新一点的屏幕仍然有伽玛：通常显卡会用8位来处理每种颜色避免色带问题，这8位必须每个强度看起来间距是等距的。屏幕的厂商有能力制造线性反应曲线的屏幕，但如果你用8位来显示图片，效果会很糟。

现今大多数电脑屏幕都以sRGB的标准来显示，也就是伽马2.2。

大多数数位相机也以sRGB纪录相片。如果是扫描进来的图或是合成图象就不会带有伽马2.2。

几乎所有的浮点纪录HDR数据是线性的，即与伽玛为1.0。

对于图片而言，“伽马”代表了强度是如何被记录的。换句话说：图档的gamma是为了要让图片在屏幕上能正确地显示出来。

有些图片会带有gamma的标签，但这是不可靠的，因为很多绘图软件会忽略这个标签。因此，要正确知道图档的gamma数值并不容易。如果您的屏幕有2.2的伽玛而显示的图片看起来很正常，那该图片可能本身就带有伽玛2.2。

3D算图引擎会假定光线是以线性的模式来记录。所以，你丢给算图引擎任何不是线性纪录的图档（带有gamma），严格说起来这个图档呈现出的效果是错误的（尽管它可能仍然好看）。

请注意，NVIDIA显卡驱动程序把gamma复杂性隐藏起来，当你在NVIDIA控制面板中看到：“1.0”，其实就代表是伽玛2.2。因此，“NVIDIA公司的γ= 1.0”，其实是标准的sRGB伽玛2.2

什么时候忽略gamma问题时会产生恐怖的错误

基本上当你要去编辑像素混合时就会有差。例如：

反锯齿，特别是在做wireframe渲染或是渲染有高对比的图像

缩小图片。所以，高对比度的图像，会产生更明显的错误

半透明物体

Gamma in 3ds Max

在Preferences菜单中可以控制伽玛。基本上有三个伽玛值可以调：

显示描述了您显示器的gamma通常，这个会设定成2.2。

当读取贴图时自动加载Gamma。这个功能能把图片线性化（译注：去gamma）。通常，这个有设定为2.2。注意：如果您打开一张图档，这张图档嵌入伽玛信息，3ds Max会套用固定的gamma数值，而不是用你图档的gamma数值！当然你可以改变这个设定当你开启图档的时候。

输出伽马会处理当你储存图档时。这数值应该是1.0，如果你要储存线性浮点图档格式。如果你只是希望这张图档再屏幕显示，那就用2.2吧。

当您打开一张bitmap图档而这张图档内嵌gamma，当你开启图档时你可以选择是要套用通用gamma数值还是要读取图档的gamma。有一点很重要的是bump或displacement贴图你gamma一定要设定为1.0因为这些是线性数据！

请注意，一些旧的3ds Max算法已调整为“好看”不伽玛校正，并因此将看起来很有趣，如果你正确的伽玛。

render farm会遇到的伽玛问题

当你的render slaves（算图奴工）不认识你送出的max场景档里面的gamma数据时算图就会出现问题所以你可以在每台算图奴工中设定respect the gamma state这样当读到max场景档时就会自动加载gamma。

在3ds Max 2009当中使用分布式算图Distributed Bucket Rendering（DBR）会有某个bug，他会强制加载固定的nput Gamma.这是因为分布式算图会自动启动mr Map Manager它会忽略“per bitmap”gamma的设定，所以当你在场景中有使用HDR档案HDR会受到gamma=2.2影响所以最后会产生太暗的图像目前解决的办法是将global input gamma设为1.0然后使用mr's“Utility Gamma/Gain”shader把贴图去gamma。

伽玛常被误解的观念

错误观念：我已经校正屏幕了-所以我不需要管gamma

错。当你校正完屏幕，通常代表你校准到标准的sRGB曲线，通常会是伽玛2.2。当你的屏幕做过校正，这表示你的所有图档都必须要做伽玛2.2的补偿

错误观念：我的数位相机会记录“线性”的照片

有可能你如果是用RAW档来存盘的话它是线性格式没错。但当你把RAW档转成JPG格式时就会自动套用gamma，通常这个数值是2.2

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