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Analyse du système d'exposition

Ce document décrit en détail le pipeline d'exposition, des modes manuels et automatiques aux shaders de calcul.

Modes d'exposition

Exposition manuelle

L'exposition manuelle est contrôlée via la valeur EV (Exposure Value) :

\[L_{out} = L_{in} \times 2^{EV}\]

Des valeurs EV positives surexposent (éclaircissent), négatives sous-exposent (assombrissent).

Contrôles : - + / - : Ajuster l'EV par incréments de 0.1 - R : Réinitialiser à EV 0.0

Exposition automatique

L'exposition automatique mesure la luminance moyenne de la scène et ajuste l'EV en conséquence pour cibler une luminance de sortie de 18 % (gris moyen).

\[EV_{target} = \log_2\left(\frac{L_{avg}}{0.18}\right)\]

L'adaptation est progressive (effet « œil humain ») :

// Shader de compute lum_adapt.comp
float current = imageLoad(u_lum_current, ivec2(0, 0)).r;
float target = u_lum_target;
float rate = u_adaptation_speed; // 0.05 par défaut
float adapted = current + (target - current) * (1.0 - exp(-rate * u_delta_time));
imageStore(u_lum_current, ivec2(0, 0), vec4(adapted));

Pipeline GPU

Le pipeline d'exposition s'intercale avant le tonemapping :

Image HDR linéaire
    ↓
Downsampling de luminance (lum_downsample.frag)
    ↓  [réduction log-average]
Adaptation temporelle (lum_adapt.comp)
    ↓  [EV progressif]
Application de l'exposition (multiply dans tonemapping)
    ↓
Tonemapping ACES
    ↓
Image LDR sRGB finale

Downsampling de luminance

Le shader lum_downsample.frag réduit l'image en calculant la moyenne logarithmique de la luminance sur une grille de 4×4 pixels à chaque passe :

// Calcul de la luminance perceptuelle
float luma = dot(color.rgb, vec3(0.2126, 0.7152, 0.0722));
// Compression logarithmique pour les scènes HDR
float log_luma = log2(luma + 0.0001);

La moyenne logarithmique est préférable à la moyenne linéaire car elle correspond mieux à la perception humaine de la luminosité.

Vérification du niveau de noir

L'exposition automatique peut causer des artefacts dans les scènes très sombres si la luminance calculée approche zéro. Un plancher de luminance est appliqué :

float lum_floor = 0.0001f; // Évite log(0)
float lum_clamped = fmaxf(lum_avg, lum_floor);

Readback asynchrone

La luminance adaptée est lue depuis le GPU vers le CPU une fois par image pour affichage dans le HUD (F1) :

  • Utilise le protocole PBO double tampon (pas de blocage)
  • La valeur affichée a un décalage d'une image (N-1), imperceptible

Tableau des paramètres

Paramètre Plage Défaut Description
u_ev_manual −10.0 à +10.0 0.0 EV d'exposition manuelle
u_auto_exposure 0 / 1 0 Activer l'exposition automatique
u_adaptation_speed 0.01 à 2.0 0.05 Vitesse d'adaptation (secondes)
u_lum_min −10.0 à 0.0 −4.0 Luminance minimale (log2)
u_lum_max 0.0 à 10.0 4.0 Luminance maximale (log2)

Voir aussi