優秀教程整理专区 Z&P Visualization Series – Linear Workflow及其应用

Linear Workflow，简称LWF，中文为“线性工作流”。LWF是我在国外论坛查找资料时看到的，然后对其进行研究和尝试使用。之后有幸认识了周老师（zhoulores）与其一起研究和测试，之后也得到了凡子前辈的理论帮助。从接触LWF到现在也有大半年了，自己对它也有了一些了解，现在就来谈一下自己的理解了。

本帖主要针对3dsmax和V-Ray这两个软件和渲染器的线性工作流进行讲解，涉及的内容大部分来自国外网站、论坛及一些技术文档等。相关解释和翻译也都是本人所做。

申明一下：本文我仅发表于“VRay中文网”和“火星时代”，未经允许请勿转载！

本帖仅供参考和探讨之用。

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这里感谢“DINSHIN♀ VR 技术群”和“Thinking”兄弟们的大力支持！

探讨系列名为“Z&P Visualization Series”，Z&P即zhoulores & 鹏帆。:)

附上相关连接：
火星时代 【室内表现论坛】Vray专区 - 《Z&P Visualization Series — Ambient Occlusion及其应用》http://bbs.hxsd.com.cn/showthread.php?t=9807728
VRay中文网 [原创] Z&P Visualization Series — Ambient Occlusion及其应用 http://3dmax.cn/bbs/dispbbs.asp?boar...D=19475&page=1

一、认识Linear workflow

大概在2005年3月，Rob Nederhorst发表一个文章，主要说明了许多应用软件一直以来所犯的错误，及指出了渲染输出较暗的原因和说明如何得到更具照片效果的图像。文中还以1.46.xx版的Vray为例说明如何在线性颜色空间中工作。

文章提到了为什么全局光照渲染出来的图像会比较暗，但实际上它们并不是这么暗的。问题就在于显示设备（CRT或LCD），和软件也没有对显示出来的图像作gamma方面一些调整。Gamma明确的来说就是sRGB，那么什么是sRGB呢？简单的说一下，sRGB(标准的红、绿、蓝色)是一种色彩空间定义，提供定义颜色的标准方法，使外部设备和软件应用程序能讲相同的色彩"语言"。当sRGB被数字成像设备，如显视器、扫描仪、打印机和摄像机采用时，它可确保协调一致的色彩，并提高数字设备和打印输出数据之间的配色能力。具体可以到网上去搜索相关资料。

让我们来看一下显示器对送出的图像数据做了什么动作。下图所显示的就是非线性显示（non-linear a display）。绿色的点线所表示的是你想要显示的数据，而绿色的实线就是通常显示器给我们的所显示的。

这里需要注意的重点是，这个修正不仅仅针对于影视那样的响映。事实上，这与影视的响应一点关系都没有。这仅仅是对于显示作一个必要的修正。那些做影像工作的人不需要担忧。这些说来是一样的。与那个rec.709曲线本质上有着相似的地方。
01_01_monitor_curve.png

OK，现在需要了解的是怎么去解决这个问题。我们对其应用一条曲线来使数据“线性化（Linear）”。这就意味着我们否定了显示器的动作。看下图的曲线，再来一次，点线所表示的是我们要显示的数据，而实线在这里就是对非线性显示所做的修正。
01_02_linear_curve.png

更深一层...sRGB就是对显示器的非线性反馈所作的修正。你的数码相机对照片做了一个sRGB查找（sRGB lookup）但你也许不知道。所以，当你工作在真正的线性空间里面，你就真正的工作在能描绘出更多真实世界里的光的空间里面。用更多的图来再解释一次，但这次用一个斜线来说明。
01_03_curve_data_in.png

这一条0到1斜线分成32等分。注意0.5在中间。这是送给显示器的原始图像。这是一个线性图像！
01_04_curve_monitor.png

这就是显示器对图像所作的动作。之前的0.5现在不再是0.5了。这就是你的非线性显示器。
01_05_curve_monitor_correction.png

这是我们用在可视化系统的修正，修正了显示器的显示，亮了很多。但是，这是对#2图所需的修正，将它的斜线修正回原始的线性。希望在这里能有些感觉了。
作者接着在文章里以3DS Max 7.0和VRay 1.46.xx为例来讲解了如何对图像进行线性校正。主要是通过VFB（V-Ray frame buffer，V-Ray帧缓冲储存器）的颜色修正曲线（Curve Color Corrcetion）来模拟显示器的校正曲线。文章其他内容可以参考以下地址：http://3dmax.cn/bbs/dispbbs.asp?boar...ar=1&page=1。
01_06_vray.JPG

OK，到这里应该清楚了，LWF（Linear workflow，线性工作流）其实就是一个图像的gamma校正行为，对渲染图像的非线性进行线性化的行为。
在3dsmax中，默认情况下gamma校正是关闭的。没有gamma校正的意思就gamma=1.0。因此，在没有做任何改动的情况下，3dsmax就认为你是在一个线性化反馈的设备上来观察输出结果，且所有使用的材质都被认为是线性gamma的。所以，将显示器进行设置在2.2的gamma的工作环境下，3dsmax的输出在显示器上看就会感到非常的暗。
用图来说明这一点，对比一下下面的两个图，左图是梯度渐变灰度和50%的灰度色在2.2的gamma的显示器上看到的，右图为一个正确线性显示的结果。换言之，当在一个2.2的gamma的显示器上显示线性图像时没有说明它是线性的话，即gamma校正，那么它就会显示出较暗的结果。
01_07_srgb_linear_gray_compare.png

到这里，可能你会觉得不需要进行gamma校正。这有可能是因为你一直都在用一些技巧如补光、亮度倍增等等来获得想要的结果。这些所用的技巧都为了得到更加真实的结果，而且也许没有发觉到，这些行为其实就是因为显示器的gamma而作出的校正。

二、显示器的调节

俗语有云：工欲善其事，必先利其器。
我们经常听到设计师对客户或领导说：这个东西打印印刷的颜色不对，您来看看我的显示器上的颜色多漂亮啊！
或者一些稍有经验的设计师会说：您不要看我的显示器颜色，你要看我的颜色数值！！
对于第一种情况，您的显示器显示的颜色准确吗？符合行业标准吗？
对于第二种情况，您那么不相信自己的显示器，那怎么面对它并且使用它修正偏色的图片呢？
大家知道，显示器是设计人员的第一个观察目标，但是显示器用一段时间后它的对比度、亮度、显色性都会有所衰减，导致显示器显色不准（包括苹果电脑）。显示器显色不准给设计工作带来很大不便，在显示器上看到的颜色与打印出的颜色可印刷品的颜色有很大差别，颜色工作将找不到方向，领导和客户也会不满意。所以，一段时间后对显示器进行校准是有必要的。
校正您的显示器，是良好的设计工作的开端！
要做出好的图像，首先就要对显示器进行正确的设置，让反馈得到正确的显示。如果对颜色要较高的要求的话，那就更加需要调节了。最好就是专业的硬件设备进行调节了，不过那可是价格不菲的。当然这里是可以手动进行调节的，下面的调节仅针对与CRT显示器。对于LCD显示器，手动调节几乎不可能，因为观察角度的改变，显示器的gamma也跟着改变的。
调节的步骤大致如下：
1．首先将显示器的白场和黑场设置好。白场的设置很简单，一般将显示器的色温设置为6500K（D65）即可，这是因为我们大多工作在人工照明的环境下。一般办公照明根据CIE照明标准，应为D65日光色照明。如果是在自然光照明下工作的，如印刷工作的，一般应设置为5000K（D50）。
黑场的设置按下面的步骤进行设置：
（1）将显示器所在空间的灯光放为正常的工作状态，应该是比较柔和的工作环境，需要避免眩光和不要让显示器直接暴露在灯光下。
（2）让显示器热身一下，开大概一个小时左右。
（3）设置桌面的背景，到桌面属性里将背景颜色设置为R,G,B=0,0,0的纯黑色，暂时取消桌面的背景图片。当然如果桌面上的图标太多的话，也需要暂时性的清理一下，将它们都先放到回收站里或者都放到屏幕的下方。
（4）将显示器的对比度调节为最大值，但如果感觉太过的话，可以适当减低一点。
（5）调节显示器，将显示区域的垂直高度调小或者垂直位置调低，让显示区域和非显示区域分开来。
02_01_display_set.png
（6）调节显示器的亮度，让显示区域的颜色尽可能接近于非显示区域的黑色。
（7）到这里黑点的调节已经完毕了，将显示区域调回原样和桌面的背景图片和颜色设回原样就可以了。

2．调节显示器的gamma。一般现在大部分的显示器的gamma都为2.2，较老的显示器一般为2.5。调节的方法很多，有硬件的也有软件的。软件的方法比较简单，有如Adobe Gamma工具、Quick Gamma等。Adobe Gamma工具是随Photoshop安装的一个工具，可以校准显示器的对比度和亮度、灰度系数（中间色调）、色彩平衡和白场。这有助于消除显示器显示时的色偏、使显示器的灰色尽可能成为中性色，以及将不同显示器（显示器与显示卡的任意组合）上的图像显示标准化。接着该实用程序将这些设置存储为显示器的 ICC 概貌。所以这里以Adobe Gamma Control为例说明一下调节方法：
前期准备工作：
•确保您的显示器已打开至少半小时，这是为了稳定显示器的显示。
•设定您打算保持的室内光照的强弱。
•关闭所有桌面图案，并将显示器上的背景色更改为亮灰色。这会防止背景色干扰您的颜色视觉，并有助于您将显示调整为中性灰色。（有关进行这项工作的更多信息，参阅操作系统手册。）
•设置你的显示器白场。这是一个硬件调整，如何操作得依据你使用的显示器。大多数显示器都有控制面板，如果你不知道怎样设置你显示器的白场，请参阅你的显示器的相关文档。
如果你工作在自然光环境下，你应该选择5000K（D50），这是印刷业的标准光源设置，另外，K6500（D65）也是一个不错的选择。这一步很重要，多数显示器缺省设置白场为9300K.，这个设置对于精确地显示颜色来说过亮了，除非你能够在Adobe Gamma之中设置和它匹配，否则你的色彩管理工作程序将无法顺利进行。
（1）选择开始菜单中的控制面板（开始>控制面板），在控制面板中打开Adobe Gamma：
02_02_control_panel.png

（2）如果是首次使用Adobe Gamma的话，将看到这个对话框。如果使用过Adobe Gamma校准过显示器的话，这个对话框将不会出现。这里选择Step By Step(Wizard)来一步一步的进行设置。
02_03_adobe_gamma_step_1.png

（3）选择初始的显示器设置文件，这里选择sRGB的设置文件，当然也可以点击Load按键按需要来选择别的设置文件。接着下一步。
02_04_adobe_gamma_step_2.png

（4）调整显示器的亮度和对比度。这将为后面的Gamma调整提供正确的显示。调高显示器上的对比度和亮度控制到最大值。将对比度控制保持最大。对于“亮度”和“对比度”，调整显示器上的亮度控制以使栏中的交错灰色方块尽可能暗（但不为黑），同时，使底部栏保持亮白。如果按前面说明的黑白场调节里已经调节过的话，这一步可以跳过。接着下一步。
02_05_adobe_gamma_step_3.png

（5）确定显示器的荧光剂类型。在这个窗口中，需要选择选择一种类型的显示器。如果没有列出正确的类型，选取“Custom…”，然后输入显示器制造商指定的红、绿和蓝的荧光剂。如有必要，你可以自己定义你的显示器荧光剂的参数，当然你要确定手中有厂商提供的显示器的荧光粉相关数据，你也可以使用色度计或者分光光度仪这类的工具测出你需要的数据。不知道是何种类型的话，可以选择“Trinitron”类型，这个对几乎所有的显示器都可以进行匹配。接着下一步。
02_06_adobe_gamma_step_4.png

（6）选择期望的gamma。在这里，需要移动滑块使带线纹的矩形框和中间的灰框尽量的融合到一起，以此来调整灰度系数。在这里眼睛斜视进行调整将获得较好的效果，如果正视，眼睛对于那些细微的线条过于敏感可能会无法确定。
如果不选择View Single Gamma Only（仅显示一个灰度），可调整基于红、蓝和绿读数的灰度系数。拖移每个方框下的滑块，直至中心方框与图案框相符。不建议对红、绿、蓝三色进行调整，那将会变得非常麻烦！
下拉菜单中的选项根据使用的操作系统来选择，一般多为Windows操作系统。
02_07_adobe_gamma_step_5.png

（7）选择硬件白场。这里要与前面准备工作中所选择的色温要一致。
02_08_adobe_gamma_step_6.png

（8）选择调整白场。这个选项中，它是可选的，如果你的硬件白场和你的工作需要的白场不同，在这里可以选择工作所需的白场。例如：如果你的硬件白场设置为6500K（D65），但是你希望在5000K（D50-纸张白色）下编辑一个图像（更接近实际打印出的效果），你就可以在这里将调整白场设置为5000K，Adobe Gamma将因此而改变显示效果：
02_09_adobe_gamma_step_7.png

（9）对调节前后的效果进行比较。在这个窗口，你可以来回地点击面板上的Before（校准前）和After（校准后）选项，察看使用Adobe Gamma校准前后的差异。
02_10_adobe_gamma_step_8.png

（10）保存新的显示器设置文件。当你点击最后的Finish（完成）按钮，在弹出的存储对话框中在文件名栏中输入一个新的名字（以防覆盖那些系统默认的ICC驱动文件）。
02_11_adobe_gamma_step_9.png

将你命名的设置文件保存，设置文件必须放在系统文件夹下，如C：\Windows\System\Color目录下。文件后缀必须是 .icm。
现在你可以在任何遵从ICC的应用软件中使用这个配置文件。

OK，像这样将显示器调节了之后，基本上没有问题了。更多的调节相关资料可以参考这些地址：
http://www.daee-d.com/golden/Color_Gamma_01.htm
http://www.aim-dtp.net/
http://www.aim-dtp.net/aim/evaluatio...pace/index.htm
http://www.aim-dtp.net/aim/photoshop...alibration.htm

三、Linear workflow在3dsmax和V-Ray中的应用

在默认的情况下，V-Ray的颜色映射（Color mapping）方式为线性（Linear）方式。这样的设置意味着图像的数据在显示器上显示之前是没有被改变的。但因为显示器没有对这些数据设置有线性的回馈，所以渲染图像的中间调会变得非常的暗。也就是说，这导致了渲染结果并非物理正确的。这里用一个小场景来说明如何设置V-Ray来得到物理正确的渲染结果。
首先下载这个场景文件（场景由3dsmax9 SP2 + V-Ray 1.5RC5制作）。
lwf.part01.rar
lwf.part02.rar
lwf.part03.rar

将其解包，打开linear_start.max并点击渲染。可以看到渲染结果是非常的暗。
03_01_start.jpg

在VFB（V-Ray Frame Buffer，V-Ray帧缓冲贮存器）上有一个写着sRGB小按键。
03_02_srgb_button.png

将其按下，会发觉图像变的十分的亮和细节也变得丰富。这里所发生的就是V-Ray现在就显示器作出了数据的调节。
03_03_srgb_space.jpg

一般情况下，显示器是不会对输入数据有线性的回馈的。如果有的话，这个显示器的gamma就是1了，一个线性的gamma，且不需要按下sRGB按键也可以得到正确的结果。绝大多数的CRT显示器默认的gamma为2.5，这是较老的了，一般现在的CRT显示器的gamma都是2.2。这就意味着所显示出的图像的中间调比它们应该显示出的中间调要暗得多。如果要调节显示器的话，应该选择国际标准里的gamma值2.2。sRGB也是假设显示器是2.2的gamma的。
VFB里的sRGB功能只是让图像暂时性的在sRGB空间里显示，它跟别的如颜色修正曲线、曝光等功能一样，不会随图像保存，也不参加计算。而且从图像上可以看出，原来暗处的地方的质量比较差。V-Ray渲染器是非常依赖于重点采样和早期检查的利用的。因为这个，V-Ray在较暗的地方的样本数比较亮的地方要少得多。所以要获得较高质量的话，就需要调高QMC的参数。
前面的都是在渲染后才进行gamma校正，结果不一定好。如果在渲染中进行gamma校正，相比之下会方便得多。
取消VFB的sRGB的按键，来到颜色映射（Color mapping）卷展栏，将Gamma设置为2.2。
03_04_color_mapping_gamma.png

点击渲染，将看到以下结果。跟前面比较，时间上多一些。因为Gamma参与了计算和渲染，在一些局部的地方的质量在默认的参数下较之前要好。
03_05_linear_gamma.jpg

接着打开贴图来渲染看一下。来到全局开关（Global switches）卷展栏下，取消Override mtl的勾选。
03_06_unoverride_mtl.png

渲染，得到如下的结果。
03_07_map_start.jpg

观察一下当前的材质编辑器，跟渲染图像比较会发现不一样。
03_08_Mat_o.png

来到3ds max的菜单“Costomize>Preference…”打开Preference设置，如下图。
03_09_preference.png
•Enable Gamma/LUT Correction – 应用Gamma调整。
•Gamma – 调整3ds max的gamma显示，设置为2.2的gamma值。
•Affect Color Selectors – 打开让gamma设置影响颜色选择器（Color Selector）的显示。
•Affect Material Editor – 打开让gamma设置影响到材质编辑器的显示。

点击OK完成设置。再次打开材质编辑器，这样材质的显示变得“正确”了。
03_10_Mat_cc.png

来观察一下所用的贴图，就会发现材质编辑器中的显示结果并不正确。
using_map.png

大多数的贴图、数码照片及扫描到电脑的图片，在显示器上显示之前都会进行调整。也就是说，它们已经指派一个反相gamma曲线来使得它们在显示器上显示正确。可以看出，前面的渲染结果中的贴图已经进行了二次校正，因此我们要进行一些调整。
一般我们在打开/存储图像的时候，都会出现这个对话框，里面的gamma选项非常详细，可以对图像进行有效的控制。
03_11_bitmap_select.png
•Use image’s own gamma – 使用文件自身的gamma，不作改变的打开。
•Use system default gamma – 忽略文件自身的gamma，使用系统设置的gamma对文件进行校正。
•Override – 指定一个gamma来对文件进行校正。

这三个选项非常灵活，如果文件已经校正好的，可以选择第一个选项。另外也可以使用第三个选项对文件进行更加灵活的调整。

一般我们常用的图像文件基本都已经校正好的，可以利用3ds max里的设置来进行全局控制。再次来到3ds max的菜单“Costomize>Preference…”打开Preference设置。Bitmap Files下Input Gamma控制的是图像文件的输入gamma，一般设置与Gamma数值一样就可以避免图像的过亮。
03_12_preference.png

对图像文件的调节过后，还要对颜色进行调整。来观察一下校正前后的颜色选择器（Color Selector）：
03_13_color_selector.png
可以看出，校正之后，色板的中间调亮了许多，原来的颜色RGB值在校正后的色板中不再是原来的颜色。设Gamma=1.0时颜色的RGB值为（r，g，b），Gamma=2.2（以下简称G22）时颜色的RGB值为(xr，xg，xb)，这两者的相互关系可用下面这个公式来表示：
formula.png

手动换算会比较麻烦，这里有个一个国外的朋友LeLe写的一个脚本，可以轻松的完成两者的转换。
gamma_color_corrector.rar

脚本运行后的界面如下图：
03_14_gamma_color_correct.png
•Pick RGB - 这里输入要显示颜色的RGB数值。
•Gamma – 设置校正的gamma数值。
•Corrected RGB – 校正后的颜色RGB数值。

还有的方法就是使用一个免费的插件，颜色校正（Color Correct，简称CC）插件。
Color Correct 3.0.3.6 for max6/7/8：cc_install_v3.0.3.6.rar
Color Correct 3.0.4.9b for max9：cc_install_v3.0.4.9b.rar

安装以后它是以贴图方式出现的，它的参数界面如下图：
03_15_color_correct.png
•Source – 设置颜色或者在None处放入图像文件。
•Gamma – 设置颜色或者图像的gamma数值，如2.2。

所以颜色的调整可以利用这几个方法：
1．适应新的颜色选择器来选择正确的颜色；
2．使用脚本来设置颜色；
3．利用CC插件来进行颜色校正（为方便选择，可以将Gamma and LUT下的Affect Color Selectors取消勾选），按以往的习惯来选择颜色，将Gamma设置为2.2。

OK，对贴图和颜色都调整了之后，看一下调整前后材质编辑器的对比。
03_16_b_a.png

可以看出贴图和颜色都一致了，可能你会觉得不一样，那是因为之后的材质编辑器经过了gamma校正，亮度方面较之前亮了，其实对于贴图和颜色来说是一样的。
来看一下调整之后的渲染结果：
03_17_final.jpg

这就是正确的最终结果。颜色和贴图都正确了。稍微再调节一下，最终结果如下：
lwf_finish.jpg
图像的输出就按以往的方式来输出即可。

到这里应该明白怎么操作了，那么来总结一下该如何设置和操作：
1．首先对3ds max的设置：
03_18_preference.png
•Enable Gamma/LUT Correction – 应用Gamma调整。
•Gamma – 调整3ds max的gamma显示，设置为2.2的gamma值。
•Affect Color Selectors – 打开让gamma设置影响颜色选择器（Color Selector）的显示（这项可根据颜色选择的方式来确定是否勾取）。
•Affect Material Editor – 打开让gamma设置影响到材质编辑器的显示。
•Input Gamma - 设置为2.2，让贴图输入正确（也可以设置为1.0，在图像文件的选择里自由设置或者通过CC插件来控制）。

2．在V-Ray中启用VFB：
03_19_vfb.png
因为max的gamma设置对max的渲染帧窗口起作用，就如VFB里按下sRGB 一样，只是渲染后的显示，不会参加计算和渲染。但它对VFB不起作用，因为我们需要在V-Ray的颜色映射里设置，在渲染中进行gamma校正。

3．V-Ray中颜色映射设置。可以按以下三种方式进行设置，结果几乎一样的，但不要勾选Clamp output选项，因为这个选项开启之后，会砍掉图像里的一些信息。
03_20_cm_linear.png
03_21_cm_gc_0454.png
03_22_cm_gc_22.png

4．输出图像文件。按上面的设置按一般常规输出即可，不需要在输出的时候设置gamma 之类的了。因为使用LWF渲染的图像都为高动态的图像，存为一般的格式如jpeg、tiff等，会稍暗一些。那是因为常规格式不包含高动态的信息，所以会被切掉一些。这些在后期稍为调节一下即可。

如果需要高动态的话，可以存为HDR或着OpenEXR格式，一般颜色映射方式里的gamma不要设置。因为这两种格式的图像文件在PS或者对应软件里打开会自动进行gamma校正的。但这就带来一个问题了，就如刚开始时问题一样，暗的地方质量非常差。不过在1.5RC5版的V-Ray已经解决这个问题，那就颜色映射下新增的Don’t affect colors(adaptation only)选项，将它勾选之后，计算和采样依然按颜色映射里设置的来进行，但颜色映射的设置不应用在最终渲染输出的图像上。所以需要存为HDR或着OpenEXR格式，可以依然按上面的方法来设置颜色映射参数，只不过要勾上Don’t affect colors(adaptation only)选项而已。

四、相关说明

本人水平和认识有限，可能某些地方错误或者漏掉一些东西。还请周老师（Zhouloures）、凡子前辈等朋友来指正和补充。
More testing and studying is required for increasing rendering knowledge！


Best regards
鹏帆

沙发

板凳

期待了很久 强烈支持 支持过了在看:p:p

好教程.置顶一段时间.鹏兄辛苦了:)

好教程 要好好研究下了 谢谢鹏帆兄了

可以顶了没有呀?

完了没

期待已久 强顶

好，，支持！

终于等到鹏鹏的教程了，幸亏还在第一版，呵呵