HDR：創造沉浸體驗式“真”影像

張寧

（接上期）

3.沉浸式體驗真實影像

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

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

通過提升傳感器材料性能，借助對數曲線，數字攝影機已經達到了15+檔的寬容度（少數廠商宣稱已經超過了16檔），拍攝已經基本實現HDR。從2010年ARRI第一臺應用LOG對數伽馬的數字攝影機開始，數字產品正朝著全面超越膠片影像質量的目標邁進。2014年《星際穿越》上映，膠片的鐵粉導演諾蘭非常留戀地表達了這是自己最后一部膠片電影的感慨，從藝術創作方面也標志著數字已經完全可以替代膠片。

后期流程中ACES用25檔的寬容度，16bit半浮點運算，在整個框架規范上也已經實現HDR，但具體到制作設備，尤其是數字調光調色設備內部的具體算法，HDR還沒有形成通用的標準。圖9是ACES輸出設備轉換中適用P3色域、SMPTE標準PQ色調曲線HDR設置，制作人員可以根據顯示設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的轉換。（圖10）

影像記錄領域的一切努力都是為了一個目標，那就是更逼真地再現我們賴以生存的世界。HDR近在咫尺，數字影像不應該僅僅以“膠片感”為目標，充當膠片的替代品，而是應該全方位應用HDR，成為沉浸式逼真影像的創造者。

HDR是High Dyamic Rang（高動態范圍）的縮寫，是首先應用于數字照相機中的技術。數字動態影像雖然也用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開發了自己特有的×幀技術，但嚴格講動態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。現在的數字攝影機HDR技術的核心是提高傳感器件性能，擴展其寬容度，達到15+檔甚至16+檔的動態范圍，填滿人眼的視閾界限。這個技術目前在數字攝影機已經基本實現。

既然前期拍攝能實現HDR，那么就要毫不吝惜的使用16Bit RAW或是對數特性的Log，并在拍攝時區分明視覺和暗視覺。在明視覺環境下（以晴天陽光照射為例），不過分追求300nits以下的暗部細節，重點要集中在7000nits上下部分的表現，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編碼在影調關系上表達重點的訴求差異，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層次。

當寬容度不夠時，膠片時期的創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，然后根據感光材料的寬容度計算，推導出這場戲的定光點。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，達到理想的影調關系。

HDR和膠片的創作理念整體上一致，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，影調控制的具體參數上還是存在不小差異的。

第一，數字攝影機多出來的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一定是HDR影像的特質。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，但是在影調上卻極大壓縮了層次關系。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在創作中一定是以豐富的高光層次為訴求。

第二，定光點要準確，不能過分依賴后期調整。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，通過后期調整加以彌補？答案當然是否定的。從來創作都是一件嚴肅的事情，“前期不夠后期補”從來都不是正確的選擇。當然，前期有拿捏不準的情況，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，影調控制要精準。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生不同的影調結構。了解了不同攝影機以及不同工作空間模式的影調傳遞特性，自然場景和人工照明場景的影調結構和最終呈現的關系就會變得非常明確。在此基礎上，總結100多年來影視創作在影調結構設計中的經驗，結合攝影機不同的工作空間特性，調整用光量和光比，能夠精確控制畫面創作中的影調結構和預判最終的畫面效果呈現。

當然要想全面實現HDR，還需要在終端顯示技術上突破。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）。電影院放映設備的亮度更低，一般為48尼特，借助于全黑的觀看環境，對比度也能達到1000：1。杜比vision利用激光技術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被研發出來，最高可以達到4000尼特。SONY的OLED技術雖然最高亮度只有1000k特，但是自發光材料的特性可以得到亮度極低的“黑”，官方給出的數據是對比度1000000：1，甚是驚人。

數字化是影像記錄領域最偉大的革命，它正帶領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人眼看到的現實世界，即HDR。VR正在起步，大家對它的巨大潛能充滿好奇，但在具體應用中還存在許多未知數。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的不斷突破，這項偉大的創造在技術層面已經塵埃落定，在創作中正在結出碩果。優秀的HDR畫面，在表現自然場景時層次豐富，細節突出。以人物為表現主體時有更強烈的質感，情緒傳遞更加準確到位。可以說HDR是影視藝術創作價值評判的技術實現，是對光影關系的重新定義。HDR還意味著在“逼真”呈現的初始要義之外，現有技術手段對光影的重塑能力被大大增強了，它為造型語言創造了一種新的美的形式。

HDR使人類第一次有能力完美的復制大自然的光影關系，如果說之前的影視藝術模擬人的感知，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。從感知到沉浸，獲得更高層次的審美體驗，這應該是HDR創作應用的終極追求。