[Tuto]ColorSpace—我们到底在谈论什么(下)

干货篇：如何在 3ds Max 和 AfterEffects 中实现ACES workflow

4 干货

4-1 从出图格式说起

JPEG（Joint Photographic Experts Group）

JPEG编码用来压缩去除冗余的图像和彩色数据，获取得极高的压缩率的同时能展现十分丰富生动的图像，换句话说，就是可以用较少的磁盘空间得到较好的图像质量。JPEG 图片以 24 位颜色存储单个光栅图像。JPEG 是与平台无关的格式，支持最高级别的压缩，但这种压缩是有损耗的。当编辑和重新保存JPEG文件时，JPEG会降低原始图片的数据质量，这种质量下降是累积性的。

PNG（Portable Network Graphics）

一种无损压缩的位图片形格式。其设计目的是试图替代GIF和TIFF文件格式，同时增加一些GIF文件格式所不具备的特性。PNG文件采用LZ77算法的派生算法进行压缩，其结果是获得高的压缩比，不损失数据。它利用特殊的编码方法标记重复出现的数据，因而对图像的颜色没有影响，也不可能产生颜色的损失，这样就可以重复保存而不降低图像质量。

BMP（Bitmap）

微软Windows操作系统中的标准图像文件格式，可以分成两类：设备相关位图（DDB）和设备无关位图（DIB），使用非常广。它采用位映射存储格式，除了图像深度可选以外，不采用其他任何压缩，因此，BMP文件所占用的空间很大。BMP文件的图像深度可选lbit、4bit、8bit及24bit。BMP文件存储数据时，图像的扫描方式是按从左到右、从下到上的顺序。由于BMP文件格式是Windows环境中交换与图有关的数据的一种标准，因此在Windows环境中运行的图形图像软件都支持BMP图像格式。

DDS（DirectDraw Surface）

DirectX纹理压缩（DirectX Texture Compression，简称DXTC）的产物。由NVIDIA公司开发。大部分3D游戏引擎都可以使用DDS格式的图片用作贴图，也可以制作法线贴图。通常情况下想要编辑此格式需要安装 dds 插件才行。这种格式现在使用的越来越少，但是一些老游戏还是 dds 贴图。

HDR(High-Dynamic Range)

相比普通的图像，可以提供更多的动态范围和图像细节，根据不同的曝光时间的LDR(Low-Dynamic Range)图像，利用每个曝光时间相对应最佳细节的LDR图像来合成最终HDR图像，能够更好的反映出真实环境中的视觉效果。现实真正存在的亮度差，即最亮的物体亮度，和最暗的物体亮度之比为10的8次方，而人类的眼睛所能看到的范围是10的5次方左右。
它比其它格式的图像有着更大亮度的数据贮存，而且它记录亮度的方式与传统的图片不同，不是用非线性的方式将亮度信息压缩到8bit或16bit的颜色空间内，而是用直接对应的方式记录亮度信息，它可以说记录了图片环境中的照明信息，很多HDRI文件是以全景图的形式提供的，因此我们可以使用这种图象来“照亮”场景 (摄影中的RAW图像就算是 hdr 的一种)。
*NOTE: HDRI与全景图有本质的区别，全景图指的是包含了360度范围场景的普通图象，可以是JPG格式，BMP格式，TGA格式等等，属于Low-Dynamic RangeRadiance Image，它并不带有光照信息。

TGA (Tagged Graphics)

由美国Truevision公司为其显示卡开发的一种图像文件格式，已被国际上的图形、图像工业所接受。TGA格式在兼顾了BMP的图象质量的同时又兼顾了JPEG的体积优势。TGA格式支持压缩，使用不失真的压缩算法。特点：通道效果、方向性。在CG领域常作为影视动画的序列输出格式，因为兼具体积小和效果清晰的特点。

TIFF（Tagged Image File Format）

TIFF格式为无损压缩文件，压缩率低，这种格式可以支持RGB、CMYK等多种色彩模式，adobeRGB、proPhoto RGB等多种色彩空间，8位、16位、32位等各种色彩深度，甚至也能保留图层和alpha通道，也因此占用空间较大。TIFF 格式可以制作质量非常高的图像，因而经常用于出版印刷，也是CG制作中推荐使用的一种格式。

PSD（Photoshop Document）

Adobe公司的图像处理软件Photoshop的专用格式。这种格式可以存储Photoshop中所有的图层，通道、参考线、注解和颜色模式等信息。
*NOTE: 但这种格式在CG制作中个人并不推荐使用：体积太大，读取速度缓慢。

EXR

EXR是由工业光魔（Industrial Light & Magic）开发的一种HDR标准。OpenEXR文件的扩展名为.exr，常见的OpenEXR文件是FP16（16bit Float Point，也被称为half Float Point）数据图像文件，每个通道的数据类型是FP16，一共四个通道64bpp，每个通道1个bit位用来标志“指数”，5个bit用来存放指数的值，10个bit存放色度坐标（u，v）的尾数，其动态范围从 $6.14 × 10^{-5}$ 到 $6.41 × 10^4$ 。
在OpenEXR的算法里面共使用16bit来表示光照数据。虽然看起来和使用16bit亮度通道运算位数相同，但是OpenEXR巧妙的采用了1个bit位用来标志“指数”，5个bit用来存放指数的值，10个bit存放色度坐标的尾数，这样就轻易的解决了浮点数值由于位数少而精度不高的问题，大大的拓宽的在FP16下的动态范围。
*NOTE: EXR是渲染出图中个人最推荐使用的无损格式，尤其是在做AOV分层渲染时，能够直接打包所有通道。但缺点在于当下主流图像处理软件的格式支持比较差，通常需要安装插件。

4-2 Vray中的色彩模式

前文已经介绍过Vray中的线性工作流，这里我们就再来简单地捋一捋LWF下VFB中的各种显示模式：

渲染完直接在VFB中查看的结果，毫无疑问是linear的，但显示器无法显示线性图像

点这里可以切换到sRGB模式，也就是符合大部分显示器的色彩空间

或者加载LUT也可以正确查看图像，但记得要勾选应用LUT之前转换到LOG模式

4-3 Redshift中的色彩模式

接着我们再来看看RS中的色彩管理，RS 3.6以上才具备VFB中的色彩管理功能：

RS的默认设置和VR有些许不同，默认就是sRGB模式，我们可以手动切换显示模式，Linear就相当于VR的默认显示：

RS的色彩管理相比VR更加灵活的一点是，RS有 'Apply color management before LUT' 选项，这一选项使得我们几乎可以在应用LUT前将图像转换到任意色彩空间，而VR就只能对线性或LOG图像应用LUT。此外，VR中的OCIO选项与LUT不可同时启用，基于这个选项，RS就能够做到同时启用OCIO与LUT。

4-4 如何在AE中还原Linear workflow

AE中的色彩管理环节众多，所以十分容易出错，后期合成时需要时刻注意我们在什么色彩空间下工作，正确的色彩空间才能带给我们正确的后期结果。CG渲染到后期的完整流程一言以蔽之就是：

还是看不懂？没关系我们一步一步来。
我们将第一次渲染好的EXR导入AE中时，会发现事情和想象的有点不同：

说好的Linear，怎么显示结果和sRGB一样？
这是因为AE有自己的输入输出色彩管理，输入色彩管理在这里：

对于线性工作流，工作空间选择sRGB，并勾选线性化颜色空间 (也就是先前说的sRGB-Linear)，这时我们全部的颜色混合工作都是线性的，正确的。此外，记得还要勾选32-bit颜色，因为输出的EXR是32-bit Full-Float类型，默认的8-bit会丢失精度。

这时图像看起来似乎并没有什么变化，这是因为AE还有一个显示颜色管理 (Display color management)，这个选项用于模拟输出设备的显示效果，并且默认是开启的：

所以实际上，仅仅是一步简单的导入操作，AE就已经为我们做了很多的色彩管理工作，也就是说导入的素材实际经历了下面几步流程：

sRGB-Linear (导入素材，素材也可以是其他任意色彩空间) > sRGB-Linear (转换到工作空间并进行后期处理) > Rec.709 (转换到输出设备所能够呈现的色彩空间)

这时如果关闭显示色彩管理，就可以看到黑乎乎的线性图像，如果你看到的仍然是校正后的图像，那么可能还需要设置素材的色彩解释方式 (通常来说，导入EXR时这些选项是自动设置好的)：

勾选 '解释为线性光' 即可。
接着我们来还原一下Vray VFB中的几个选项：

① sRGB
这个最简单，默认显示就可以了；

② Linear
两种方法还原：关闭显示色彩管理，或者添加一个'Cineon转换器'对图像进行转换；

③ LUT
LUT的加载是最复杂的，我们先来仔细理顺VR中的处理流程：
Linear-sRGB (渲染结果) > Log-sRGB (勾选转换到LOG) > Rec.709 (应用LUT)

所以我们在AE中也必须遵循这一流程：

这样我们就得到了和VR VFB中一模一样的结果

因为AE中复杂的色彩管理流程，这里的转换流程可能具有一定的误导性：LUT将颜色空间转换到了Rec.709，而我们显示器的显示色彩也是Rec.709，那么为什么LUT下面还要加一个转换到sRGB?

因为我们的工作空间是sRGB，所以图像输出之前，还需要经历sRGB > Rec.709的转换，所以这一步是必不可少的。

由于AE自带的Cineon转换器不提供转换到sRGB的功能，所以这里强推qp Nuclear LUT插件，所有的色彩空间转换一应俱全 (https://aescripts.com/qp-nuclear-lut/)

4-5 Vray中使用ACES workflow

前面提到基于ACES工作流能够得到比线性工作流更逼真还原的渲染结果，现在Maya、Houdini有原生ACES工作流支持，Blender有Filmic插件支持，Max却还迟迟没有ACES支持，那么我们就无法使用ACES工作流了吗？当然可以！我们自己手动颜色管理！
基于前面的论述，具备IDT-ODT，我们就可以使用ACES workflow。使用ACES workflow，整个CG流程都得做出改变，要想使用ACES需要通过OCIO（open color io）这一开源接口(官网：http://opencolorio.org/)。
下载并解压即可，我们需要用到的实际上只是.config文件：

开始之前我们需要先区分一下ACES提供的三种子颜色空间

ACES 2065- 1 - This is a wide-range Linear, color space, with a larger coverage than the human eye, so it is used for archival copies and transfer of material between departments.
ACEScc and ACEScct - Logarithmic color spaces intended for color correction.
ACEScg - This is a Linear space for working with CG/VFX. This is the space you need to use as the main color space for working with color set-up and light in your rendered images.

毫无疑问，我们要使用的是ACEScg。那么首先我们来还原IDT：
Vray中提供了VRayOCIO用于将输入的贴图转换到ACES颜色空间：

首先加载config文件，输入和输出如下对号入座：

Utility-Linear - Rec.709 or sRGB - choose this for Linear images that use the Rec.709 or sRGB primaries/gamut (which are the same).
Utility-RAW - for images that do not require conversion (scalar masks, Displacement, Roughness).
Utility-Rec.709-Camera - for sRGB images, 8-16 bit (lightmaps, matte paints), (JPEG, PNG).
Utility-sRGB - Texture - recommended color space for sRGB image textures 8-16 bit (JPEG, PNG).
ACEScg - Color space for images that are already converted to ACEScg.

现在贴图的转换就全部完成了，那么有的小伙伴会问了：我要用纯色怎么办呢？每次用纯色用PS生成一张纯色贴图？
当然不用，但是你也不能再直接在Max的颜色拾取器里面取色，因为这些颜色会被直接解释为ACES空间下的颜色，而实际上你需要的是sRGB空间下的颜色！
Vray提供了这种颜色转换：

直接选ACES就可以

什么你的VrayColor里面没有ACES？
别急，先关掉MAX，打开你电脑的环境变量配置，新增一条：

然后重新打开MAX，你的VrayColor里面就会出现ACES了🤘

但是还有一个问题😨
这样依然是直接选择ACES空间下的色彩，调色没了手感，我想继续在熟悉的sRGB空间取色，再转换到ACES，怎么办？
当然也没问题！打开你的MaxScript Listener，输入并运行：

vr=renderers.current
vr.options_rgbcolorspace=2

然后回到材质编辑器，按 'U' 键更新视图，此时颜色模式选sRGB，熟悉的手感就又回来了👍

下一步是还原ODT，这个就比较简单了，VFB里加载config，输入选ACEScg，输出选Rec.709或sRGB，简单粗暴：

现在你可以尽情调节曝光值享受超大动态范围带来的自由度了！

Max和Vray中ACES现在还没有被很完美地支持，需要很多手工配置，不过好消息是论坛里VRay 开发者已经给出了明确的会推出正式的ACES流程的答复：

ACES support is already working internally. After a bit more testing, we plan to implement it in the builds and possibly release it with the next official release.