O que é Radiance HDR?

Radiance HDR é um formato de imagem de alto alcance dinâmico desenvolvido para o sistema de renderização Radiance e normalmente identificado pela extensão HDR. Sua codificação comum de pixels RGBE representa cada pixel com três bytes de cor e um byte de expoente compartilhado.

Uma imagem Radiance tem três partes: um cabeçalho de informações em texto, uma string de resolução e registros de linhas de varredura. O cabeçalho normalmente começa com #?RADIANCE (stb_image e ImageMagick também aceitam #?RGBE), contém atribuições de variáveis como FORMAT (32-bit_rle_rgbe ou 32-bit_rle_xyze), EXPOSURE, COLORCORR e PRIMARIES, e termina com uma linha vazia. A string de resolução, por exemplo -Y 1024 +X 2048, fornece as quantidades de pixels e a ordem em que eles foram gravados. Cada pixel ocupa quatro bytes: uma mantissa de 8 bits para cada uma das três cores primárias e um expoente comum de 8 bits. Um byte de mantissa é uma fração de 256, não um valor inteiro: o código de referência do Radiance decodifica um canal como (mantissa + 0,5) / 256 × 2^(expoente − 128), e um byte de expoente igual a 0 significa preto, então os bytes (128, 64, 32, 129) armazenam aproximadamente (1; 0,5; 0,25). As linhas de varredura são armazenadas sem compressão ou com um de dois esquemas de codificação por comprimento de sequência; a referência do Radiance indica uma compressão típica de cerca de 2:1. Os valores são lineares e podem ter significado físico: para dados RGB, um pixel de (1, 1, 1) corresponde a 1 watt por esterradiano por metro quadrado ao longo do espectro visível, mas a referência do Radiance diz que os valores não são fisicamente válidos se as fontes de luz não tiverem sido modeladas corretamente, se a imagem tiver sido convertida de outro formato ou se tiver sido aplicada uma filtragem personalizada. A própria documentação do Radiance usa o sufixo .pic; .hdr é o mais comum em outros contextos.

RGBE atribui a cada pixel uma mantissa de 8 bits por canal e um único expoente compartilhado, não três números de ponto flutuante. Em um pixel que não seja preto, o byte de mantissa do canal mais brilhante fica entre 128 e 255, e os outros dois são escalados pelo mesmo expoente, então um canal muito menos brilhante que o mais brilhante preserva poucos bits significativos. O autor do formato estima uma precisão de cerca de 1% ao longo de mais de 76 ordens de grandeza e observa que os intervalos entre valores podem se tornar visíveis em regiões de azul e magenta saturados.
A string de resolução informa a ordem de varredura, além do tamanho. -Y N +X M é a forma padrão: N linhas armazenadas de cima para baixo, cada uma com M pixels da esquerda para a direita. Sete outras combinações de sinais e eixos descrevem armazenamento espelhado ou rotacionado, e, quando X vem primeiro, o primeiro número é a largura, não a altura. Um decodificador que extrai apenas dois números transpõe ou espelha esses arquivos; a referência do Radiance observa que alguns programas lidam apenas com a ordenação padrão.
Todos os quatro bytes são usados pelas três mantissas e pelo expoente, então não há canal alfa nem sinal. A transparência precisa ser transportada em um arquivo separado ou em outro formato, e RGBE não pode armazenar componentes negativos, o que o limita às cores dentro da gama de suas primárias RGB. A variante XYZE, declarada por FORMAT=32-bit_rle_xyze, cobre a gama visível, mas um leitor precisa verificar a linha FORMAT para distinguir as duas, então confirme o suporte a XYZE antes de depender dele.
As variáveis do cabeçalho mudam o significado dos números. EXPOSURE é um multiplicador já aplicado aos pixels e é cumulativo, então a radiância original é o valor armazenado dividido pelo produto de todas as linhas EXPOSURE. COLORCORR é o mesmo tipo de multiplicador aplicado e cumulativo, fornecido separadamente para cada cor primária, então cada canal também deve ser dividido pelo seu produto de COLORCORR. PRIMARIES fornece as cromaticidades; quando está ausente, aplicam-se os padrões do Radiance, cujo ponto de branco é equienergético (0,333; 0,333), não D65. Alguns leitores não usam essas informações: a documentação do OpenImageIO diz que ele presume que todo arquivo RGBE seja linear com primárias sRGB.

Use Radiance HDR quando um renderizador ou uma ferramenta de iluminação espera uma entrada .hdr, geralmente para mapas de ambiente e iluminação baseada em imagem que precisam de valores lineares muito além do branco da tela. A documentação do OpenImageIO afirma que o formato ainda é usado em muitas aplicações legadas e para distribuir mapas de ambiente HDR, mas recomenda formatos mais recentes, como OpenEXR, exceto quando é necessário acessar arquivos legados. Ao converter, verifique se o destino respeita a exposição, a correção de cor, as cores primárias e a orientação do cabeçalho; uma saída de 8 bits não consegue manter o alcance adicional.

A tabela de formatos de imagem da Transloadit lista HDR, descrito como o formato de imagem Radiance RGBE, como um formato que seus Robots baseados no ImageMagick, incluindo /image/resize, podem ler e gravar.

A tabela informa apenas a capacidade de leitura e gravação; ela não descreve como os valores de alto alcance dinâmico são mapeados quando a saída é um formato de 8 bits, como JPEG ou PNG, então verifique o brilho e a cor em um arquivo representativo.

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