The HDRI Handbook 2.0: High Dynamic Range Imaging for Photographers and CG Artists

672 Pages·2013·234.19 MB·English

by  Christian Bloch

The HDRI Handbook 2.0
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Christian Bloch
The HDRI Handbook
2.0
High Dynamic Range Imaging
for Photographers and CG Artists
Christian Bloch, www.hdrlabs.com
Publisher: Gerhard Rossbach
Editor: Jocelyn Howell
Copyeditor: Judy Flynn
Project Manager: Matthias Rossmanith
Layout: Petra Strauch
Cover Design: Helmut Kraus, www.exclam.de
Cover Photos: Christian Bloch
Printer: Everbest Printing Co. Ltd through Four Colour Print Group, Louisville, Kentucky
Printed in China
ISBN 978-1-937538-16-3
1st Edition 2012
© 2012 Christian Bloch
Rocky Nook, Inc.
802 E. Cota Street, 3rd Floor
Santa Barbara, CA 93103
www.rockynook.com
Library of Congress Cataloging-in-Publication Data
Bloch, Christian, 1976-
[HDRI handbook]
The HDRI handbook 2.0 : high dynamic range imaging for photographers and CG artists / by
Christian Bloch. -- 1st edition.
pages cm
Rev. ed. of: The HDRI handbook / Christian Bloch. 2007.
ISBN 978-1-937538-16-3 (soft cover : alk. paper)
1. Photography--Digital techniques--Handbooks, manuals, etc. 2. Image
processing--Digital techniques--Handbooks, manuals, etc. 3. High dynamic range imaging-
-Handbooks, manuals, etc. I. Title.
TR267.B587 2012
777--dc23
2012031746
Distributed by O‘Reilly Media
1005 Gravenstein Highway North
Sebastopol, CA 95472
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Table of Contents
Foreword . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 Chapter 1: The Background Story. . . . . . . . . . . . . . . 15
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.1 Basic Questions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
What you can expect from this book . . . . . . . . . . . . 4 1.1.1 What is dynamic range? . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
What’s new in this second edition? . . . . . . . . . . . . . 4 1.1.2 What was an exposure value again? . . . . . 16
A Brief History of HDR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.1.3 How can we use EVs to measure
What HDR Means Today. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 the dynamic range? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Road Map . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.1.4 Isn’t dynamic range an audio unit? . . . . . . 19
1.1.5 Ah… bit depth! So 32-bit images are
HDR images, right? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.1.6 Tell me then, what is HDRI? . . . . . . . . . . . . . 21
1.2 How We See the World . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.2.1 Adaptation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.2.2 Nonlinear response . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.2.3 Local adaptation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.3 How Lifelike Is Film Photography? . . . . . . 24
1.3.1 The chemistry that makes it work . . . . . . . 24
1.3.2 Where the chemistry is flawed . . . . . . . . . . 25
1.3.3 How about analog postprocessing? . . . . . . 26
1.3.4 What’s wrong with digital? . . . . . . . . . . . . . 26
1.4 Traditional Digital Images . . . . . . . . . . . . . . 27
1.4.1 Let’s talk about bits. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
1.4.2 Great, that’s math 101. But how about
images? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
1.4.3 Born to be seen through gamma goggles 28
1.4.4 Limitations of this output-referring
standard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
1.4.5 More bits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
1.4.6 Nondestructive editing . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
1.5 Splitting the Bit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
1.5.1 Seeing is believing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
1.5.2 Rethinking color management . . . . . . . . . . 35
1.5.3 So, HDR workflow is better than RAW
workflow? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
1.5.4 But what is the immediate advantage? . . 38
1.6 Output Media . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
1.6.1 The death of the cathode ray tube . . . . . . . 40
1.6.2 The chicken-and-egg problem . . . . . . . . . . . 41
1.6.3 On into a bright future . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
1.7 Chapter 1 Quiz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
1.8 Spotlight: Trey Ratcliff . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Table of Contents v
Chapter 2: New Tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 2.4 HDR Software Comparison . . . . . . . . . . . . . . 105
2.4.1 Bottom line . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
2.1 HDR File Format Reviews . . . . . . . . . . . . . . . 52
2.1.1 RAW Formats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 2.5 Forgotten Something? . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
2.1.2 Cineon and DPX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
2.1.3 Portable Float Map . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 2.6 Compositing Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
2.1.4 Floating-Point TIFF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 2.6.1 After Effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
2.1.5 Radiance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 2.6.2 Fusion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
2.1.6 TIFF LogLuv . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 2.6.3 Composite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
2.1.7 OpenEXR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 2.6.4 Nuke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
2.1.8 High Dynamic Range JPEG . . . . . . . . . . . . . . 65
2.1.9 Windows JPEG-XR/HD Photo . . . . . . . . . . . 69 2.7 HDR Plug-Ins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
2.1.10 Private Formats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 2.7.1 ProEXR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
2.7.2 OpenEXR Alpha plug-in . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
2.2 HDR File Format Comparison . . . . . . . . . . . 71 2.7.3 Tonemapping Plug-Ins for Photoshop . . . 113
2.2.1 Size matters! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 2.7.4 Lightroom Plug-Ins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
2.2.2 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 2.7.5 32 Float . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
2.7.6 Magic Bullet PhotoLooks . . . . . . . . . . . . . . . . 114
2.3 HDR Software Reviews . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 2.7.7 Filter Forge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
2.3.1 Mac OS X . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 2.7.8 Atlas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
2.3.2 FastPictureViewer Codec Pack . . . . . . . . . . 76 2.7.9 Ginger HDR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
2.3.3 Adobe Bridge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
2.3.4 XnView . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 2.8 iPhone Apps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
2.3.5 Bracket . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
2.3.6 Photosphere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 2.9 Chapter 2 Quiz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
2.3.7 HDR Shop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
2.3.8 Picturenaut . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 2.10 Spotlight: Luke Kaven . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
2.3.9 Photomatix Pro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
2.3.10 FDRTools Advanced . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
2.3.11 Hydra Pro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
2.3.12 HDR Expose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
2.3.13 HDR Express . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
2.3.14 Dynamic Photo HDR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
2.3.15 PhotoEngine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
2.3.16 SNS-HDR Pro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
2.3.17 HDR Photo Pro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
2.3.18 HDR Efex Pro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
2.3.19 Fhotoroom HDR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
2.3.20 CinePaint/GIMP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
2.3.21 Photoshop CS5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
vi Table of Contents
Chapter 3: Capturing HDR Images. . . . . . . . . . . . . . 127 3.2.8 Inspection Time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
3.2.9 Pseudo HDRI from a Single RAW File . . . . 210
3.1 Digital Imaging Sensors . . . . . . . . . . . . . . . . 128 3.2.10 Batch Me Up! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214
3.1.1 The Problem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
3.1.2 CCDs and Orange Trees . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 3.3 Cleanup in Photoshop. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
3.1.3 CMOS Sensors Are Different . . . . . . . . . . . . . 130 3.3.1 Dust and Object Removal . . . . . . . . . . . . . . . . 217
3.1.4 Backside Illumination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 3.3.2 Perspective Correction and Cropping . . . . 219
3.1.5 High Gain – Low Gain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 3.3.3 Perfect White Balance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
3.1.6 Digital Pixel Sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
3.1.7 Spatially Varying Exposure . . . . . . . . . . . . . . 135 3.4 Chapter 3 Quiz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229
3.1.8 Super CCD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
3.1.9 Beamsplitter and Dedicated Optics . . . . . . 138 3.5 Spotlight: Michael James . . . . . . . . . . . . . . . 230
3.1.10 Quo Vadis? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
3.2 Bracketing and Merging HDRIs . . . . . . . . . 142
3.2.1 Exposure Bracketing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
A word on analog . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
What is in your backpack? . . . . . . . . . . . . . . . 143
Camera settings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
Shooting brackets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
Double-check the histogram! . . . . . . . . . . . . 146
So, how many exposures does it really
take? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
Ghosts and other fundamental issues . . . 148
3.2.2 Faster, Further, Automatic! . . . . . . . . . . . . . . 149
Shooting with autobracketing . . . . . . . . . . . 150
Bracketing order . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
JPEG or RAW? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
The double-burst trick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
Handheld capture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155
Tripod capture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
Don’t touch this . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
Tethered shooting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
External Bracketing Controllers . . . . . . . . . 162
Hacking your camera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
Bracketing comparison . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
3.2.3 Calibrating Your Camera . . . . . . . . . . . . . . . . 168
3.2.4 Pre-processing RAW Files . . . . . . . . . . . . . . . . 173
3.2.5 Merging to HDRI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
3.2.6 Alignment Strategies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
3.2.7 Ghostbusters! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198
Photoshop’s guided ghost removal . . . . . . 200
Photomatix’s selective ghost removal . . . 202
Optical Flow. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
Table of Contents vii
Chapter 4: Tonemapping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237 Chapter 5: HDR Image Processing . . . . . . . . . . . . . . 371
4.1 Hello Operator? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238 5.1 Taking Advantage of the Full Dynamic
4.1.1 Global Operators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239 Range . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372
4.1.2 Local Operators. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247 5.1.1 Day for Night by Blocking Light . . . . . . . . . 372
5.1.2 Understanding the Color Picker . . . . . . . . . 378
4.2 The Art of Toning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 5.1.3 Painting with Light . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380
4.2.1 Disciplines and Objectives . . . . . . . . . . . . . . . 257 5.1.4 Color Grading with Levels . . . . . . . . . . . . . . . 383
4.3 Best Practice Tips . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263 5.2 Effect Filters the More Effective Way . . . . 388
4.3.1 Seven Aesthetic Considerations . . . . . . . . . 263 5.2.1 Motion Blur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 388
4.3.2 Systematic Approach with Zones . . . . . . . . 269 5.2.2 Glow and Bleeding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391
4.3.3 Beware of Common Artifacts . . . . . . . . . . . . 272 5.2.3 Vignetting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395
5.2.4 Film Looks. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403
4.4 Workflow Examples. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
4.4.1 Monumental Landscape . . . . . . . . . . . . . . . . . 277 5.3 Common Gotchas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412
4.4.2 Rear Window of Room 822 . . . . . . . . . . . . . . 293 5.3.1 Will It Blend? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412
4.4.3 Urban Exploration and Grunge Looks . . . . 303 5.3.2 Beware the Curve Inversion! . . . . . . . . . . . . 413
Part A: Tonemapping in HDR Efex Pro . . . 304 5.3.3 Eighteen Percent Gray . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415
Part B: Finishing in Photoshop . . . . . . . . . . 312 5.3.4 Safe and Unsafe Resampling Filters . . . . . 421
Texture Blending . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315 5.3.5 Don’t Be So Negative! . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422
4.4.4 Two Steps Forward, One Step Back . . . . . . 316
Double dipping with Picturenaut and 5.4 Chapter 5 Quiz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 427
Photomatix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318
Mixing it up at the Yamashiro . . . . . . . . . . . 325 5.5 Spotlight: Kirt Witte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428
4.4.5 Manual Dodge-and-Burn Techniques . . . . 328
Selective exposure adjustments in
Photoshop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329
Hard and soft exposure masks . . . . . . . . . . 332
Magic tricks with luminance masks . . . . . 336
4.4.6 Painterly and Stylized Looks . . . . . . . . . . . . . 344
4.4.7 Toning 360 Panoramas . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357
4.5 Chapter 4 Quiz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363
4.6 Spotlight: AntoXIII . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 364
viii Table of Contents
Chapter 6: Panoramic HDR Images . . . . . . . . . . . . . 435 Chapter 7: Image-Based Lighting . . . . . . . . . . . . . . . 545
6.1 Pano Lingo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436 7.1 Principles of CGI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 545
6.1.1 Field of View . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436 7.1.1 Traditional Rendering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 546
6.1.2 Image Projections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436 7.1.2 Physically Based Rendering . . . . . . . . . . . . . 550
6.1.3 Yaw, Pitch, and Roll . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 442 7.1.3 Rendering with Natural Light . . . . . . . . . . . 553
6.2 One-Shot Cameras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443 7.2 Brute Force Simulation:
A Feasibility Study . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 555
6.3 Mirror Ball Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 446
6.3.1 Looking into a Mirror . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 446 7.3 Advanced Setup Techniques . . . . . . . . . . . . 560
6.3.2 The Shoot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 450 7.3.1 Keeping It Straight . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 560
6.3.3 Putting the Panorama Together . . . . . . . . . 451 7.3.2 Compositing Is Your Friend . . . . . . . . . . . . . . 567
7.3.3 Sample Wisely: Split the Light! . . . . . . . . . . 572
6.4 Segmental Capture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 460 7.3.4 Smart IBL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 584
6.4.1 Basic Premises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 460
6.4.2 Getting the Right Gear . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461 7.4 Need More Space? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 596
6.4.3 Finding the Nodal Point . . . . . . . . . . . . . . . . . 469 7.4.1 HDR Video Light Probes . . . . . . . . . . . . . . . . . 596
6.4.4 Planning for the Right Angles . . . . . . . . . . . 471 7.4.2 Blend Multiple HDR Panos . . . . . . . . . . . . . . 600
6.4.5 The Shoot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 474 7.4.3 Reconstruct the Set in 3D . . . . . . . . . . . . . . . . 602
6.4.6 Putting It All Together . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 480
6.4.7 Direct HDR Stitching with PTGui Pro . . . . 483 7.5 Light Rigs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 616
6.4.8 Removing the Tripod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 490 7.5.1 Extracting Lights . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 616
6.4.9 Hybrid Stitching Workflow . . . . . . . . . . . . . . 496 7.5.2 HDR Cookies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 622
6.4.10 Big, Bigger, Giga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 507 7.5.3 HDR Cards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 626
6.5 Skydomes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 511 7.6 Painting and Remixing HDRIs . . . . . . . . . . 631
6.6 Comparison . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 517 7.7 Chapter 7 Quiz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 633
6.7 Panoramas and Visual Effects . . . . . . . . . . 518 7.8 Spotlight: Paul Debevec . . . . . . . . . . . . . . . . . 634
6.7.1 New Opportunities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 518
6.7.2 Set Etiquette . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 520
6.7.3 Virtual Camera Pans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523
6.7.4 Pano Reprojection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 534
6.8 Chapter 6 Quiz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 537
6.9 Spotlight: Greg Downing & Eric Hanson 538
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