3.1.2 Яркость окружающего мира

Некоторые места в окружающем нас мире могут быть очень и очень темными: пещеры.

угольные отвалы, пространство под кроватью в темное время суток. Некоторые части

окружающей действительности уже не столь темные: вечернее время, песок, лица людей. Некоторые вещи могут быть очень яркими: белая рубашка, снег, паруса. Ну, а некоторые - ослепительно яркими: солнце, небо, лампы, лазерные источники.

Яркость внутри компьютера имеет (обычно) 256 градаций, начиная с 0 (почти черный) и заканчивая 255 (почти белый).

Как же в таком случае отобразить реалистичный рисунок на экране монитора ведь

реальный мир имеет очень широкий яркостной диапазон, а компьютер - только узкую полосу из него.

Самое простое - это просто привести значения яркости к диапазону градаций яркости

компьютера. Так, темная пещера будет соответствовать яркости 0 , а солнце - яркости 255. Однако, в этом случае возникнут проблемы с отображением, скажем, лиц людей. Они будут слишком темными.

Вот пример: слева - яркость солнца приведена к величине 255. Можно прекрасно видеть солнце, но такое впечатление, что на земле ночь.

Другой напрашивающийся вариант - подрезать значения. Допустим, все, что ярче снега,

будет иметь яркость 255. Справа результат такого подхода. Земля выглядит прекрасно, но вот

небо... Большая часть его просто белая, о солнце можно только догадаться. Тучи же выглядят светлыми пятнами на белом фоне.

Обратимся к фотографии. Как и монитор компьютера, фотографии имеют узкий диапазон

передаваемых значений яркости. Самое черное место на фотографии не является в

действительности черным, а самое яркое не может быть ярче самой бумаги.

Но фотографии не страдают от вышеперечисленных проблем. Хотя, конечно, страдают, но, скажем, имеют гораздо более совершенный механизм разрешения проблем с яркостью. Этот механизм - экспозиция, или выдержка. Чтобы разобраться, что здесь к чему, поверхностно рассмотрим процесс фотографирования.

В момент нажатия на кнопку фотоаппарата затвор в камере открывается на доли секунды,

что дает возможность свету проникнуть внутрь фотоаппарата. Через систему линз свет фокусируется на светочувствительной пленке. Пленка покрыта специальным химическим

составом, который темнеет под воздействием на него светового потока. Изображение на пленке формируется из участков засвеченного или не засвеченного химического состава (эмульсии). Чем

темнее стал участок эмульсии на пленке, тем ярче будет этот участок на окончательной

фотографии.

Количество света, которое проходит через линзы и попадает на пленку, контролируется

временем пребывания затвора в открытом состоянии (выдержка или экспозиция, от английского exposure).

Возникает законный вопрос, как связать процесс получения фотографии с компьютерной графикой. Для дальнейшего анализа определимся с начальным значением выдержки (экспозиции)

пленки на свету. Допустим, что на некоторой площади поверхности пленки находится 100 молекул светочувствительного химического состава. Свет попадает на этот участок, и половина молекул темнеет (конечно же, молекулы темнеть не могут, но для упрощения понимания процесса будем говорить так). Таким образом, результирующая фотография будет иметь половинную от максимально возможной яркости. Если на тот же участок пленки снова попадет

такое же количество света, то потемнеет половина из оставшегося количества молекул, таким

образом, результирующий снимок будет иметь 75°/о яркости от максимума. Чем больше свет воздействует на пленку, тем больше молекул темнеет. Однако чем меньше молекул остаются не

Рис. Остаток нереагировавших молекл

тронутыми, тем дольше должно быть воздействие света.

Конечно, фотоаппарат был бы бесполезным, если бы он не имел органов управления выдержкой пленки. Количество света, который достигает поверхности пленки, зависит от силы света, размеров объектива и диафрагмы, а также времени открытия затвора. Для упрощения проигнорируем разницу между размером диафрагмы и скоростью движения затвора и представим

их влияние под видом коэффициента К. Меньшие значения К будут означать более темное

изображение, и наоборот. Тогда

Количество света на пленке = Количество света х К ,

а значение яркости

Вrightness = 1 — е ^{-Количество света на пленке}

Вот теперь ясно, что необходимо использовать

экспоненциальный закон для преобразования реального

диапазона яркости в ограниченный диапазон компьютера

и отобразить на экране монитора практически любое

изображение, даже с самыми большими вариациями яркости, и при этом не потерять в качестве отображения.

Вот результат. Солнце ярче неба, которое, в свою очередь, ярче земли, все детали отчетливо видимы, и мы ничего не потеряли. Именно так оно и должно быть.

ничего не потеряли. Имен