物理正确的lookdev[1/2]--光照环境

lookdev在电影cg和游戏行业用的比较多，准确定义可以google下，对游戏开发过程中来说，主要是美术在制作物件材质时候，在标准光照环境下，查看以及调整作品到符合要求（最常见的要求就是photo realistic）。
游戏开发中的lookdev是从影视行业发展来的，所以很多地方有继承，但是有些地方也是可以简化，这部分先聊下lookdev的环境。
如置顶图中所示，这个就是一个典型的lookdev的环境，一个标准的室内的光照环境，中间是物件，旁边是灰球铬球以及色板。
在物理正确的流水线中，我们可以确保，在标准灯光环境下正确的物件，最后在渲染结果中就也是正确的。

标准光照环境

所谓的标准光照环境就是使用HDRI（high dynamic range image）来给物件打光，物件受光的计算方式就是IBL(image based lighting），当然是要保证物理正确的。
同时也会把这个HDRI在背景显示出来。
如果lookdev的物件材质，在灯光环境下非常的真实，同时和背景匹配的非常好，那么就是一个比较ok的状况；
标准光照环境一般有这么几个特点：

让物件和背景（真实环境）能匹配
覆盖游戏的典型case

匹配

这里为何物件要和背景匹配的很好，这个就是从cg中来，电影中常常会出现cg渲染和实拍场景结合，比如冬兵的手臂就是渲染的。
那么渲染出来的物件真实且和场景匹配就非常重要了。
另外一点要做到匹配，就是用于校准渲染器，在真实场景中放置真实的灰球铬球，然后和渲染器用同样环境渲染的结果进行校准，也是重要的一环；

典型case
大部分情况是室外晴天，室外阴天和室内三种情况；
然后根据游戏环境类型，可以有针对具体场景和关卡的光照环境

标准光照环境生成

这里现在比较经济的也是比较常用的是使用相机拍摄，然后对拍摄数据处理，生成一个hdri（high dynamic range image）。
由于相机毕竟不是一个专门的测光仪（虽然做的事情有很大关联性），所以在生成准确数据方面有大量的需要针对其局限性要处理的点。

相机参数设置：
首先相机有快门，iso和光圈几项，都设置到标准量上：

iso : 100，这个值下，感光器对信号不做加强和减弱，产生早点最小
光圈：f/8，是景深虚化最小的设置
然后快门曝光速度根据需要进行调节；
这里EV（exposure value）值就有一个公式：

（EV100就是指ISO100时候的曝光时间(S)和光圈(N)）之间的关系；
相机照相的时候，往往会有一些内部的处理，包括内置的白平衡等，这个都要去掉，毕竟我们是要捕捉到精准的数值，不是好看的画面。

精度和范围

在室外，场景亮度从夜间到阴天到晴天差距极大；

相机没法捕捉完全，所以采取多次曝光的方式，来获取不同亮度范围的场景信息：

（23ev的捕捉）

相机本身带来的artifact处理

容易处理的部分：包括white balance(白平衡），色差（chromatic aberration），暗角
不容易处理的部分：扭曲，lense flare等

面向结果的一些矫正

这里最典型的就是亮度矫正；
就是我们不知道中间做的过程是否都准确，以及每一步的误差如何。
那么要引入对结果矫正的步骤，比如对整体亮度。
我们可以使用一个测试亮度的仪器测试场景亮度，然后把做出来的HDRI的亮度计算一下，如果比较匹配，那么才ok；

照片信息向hdri信息转变

通过dcraw工具，把raw格式变成linear的16bit的tiff格式
做色差，暗角矫正
把多级曝光（前面23ev的信息）的信息合成到一个HDR全景图
做白平衡和亮度矫正
做一些后处理
这里后处理是指，在这个过程中，还是有一些信息的丢失（主要源自太阳光），然后我们使用一些面向结果矫正的方式，把信息矫正过来。

另外就是白平衡，有时候灯光会有一些色彩倾向，这个会给我们lookdev中颜色判定带来困扰，最好是纯色的光。
那么我们就要做一个白平衡：查看色卡的中灰色块，颜色依旧是灰色，那么就是比较好的

reference:
[unity] sig16:An Artist-Friendly Work flow for Panoramic HDRI, url:https://blogs.unity3d.com/2016/08/28/59924/
[DICE]sig14, moveing frostbite to PBR, url:https://www.ea.com/frostbite/news/moving-frostbite-to-pb