HDRを使用したゲームの分析

最後の数週間は、さまざまなゲームのHDR画像の研究に費やしました。

SDRビデオに関しては、0〜255の範囲のRGB値に精通している必要があります。0は黒を表し、255は白を表します。

HDR10 / Dolby Visionは、この点でわずかに異なります。これは、間隔0-1023を使用するためだけでなく、これらのすべてのデータ値が白黒（または色）勾配だけでなく、nitの照度の尺度も表すためです光の明るさの測定単位です。

以前のビデオ形式で使用されていた値とは異なり、これらの値は定義済みで絶対的なものです。 値0は常に完全に光がないこと（完全な黒さ）を意味し、値1023は常に10,000ニットの照明を表し、値769は常に1,000ニットを意味します。

つまり、これらの値を最新のHDR TVに転送する場合、設定された値で記述されている光量を正確に出力する必要があります。

このシステムは、HDR10とDolby Visionの両方で使用されています。 PQベースのHDR（PQベース）と呼ぶことができます。

現在のところ、最大値が10,000 nitのテレビはそれほど多くありません。値が1,500 nitを超える場合は幸運です。

受信した信号がディスプレイのハードウェア制限を超えると、テレビはこの状況を処理する方法を決定します。 ほとんどのメーカーは、選択したレベルを超えて白の値を単純にカットします。 また、滑らかな減少を使用して、カットオフ値へのバイアスをより明確にすることもできます。

これを行うには、HDR10およびDolby Visionのコンテンツを作成するときに、メタデータ形式の画像のコンテンツに関する追加情報が示されます。 通常、このメタデータは、ゲーム（または映画）で最も明るい値と、すべてのコンテンツの平均的な明るさを示します。 これらの値は、コンテンツが作成されたディスプレイによって決まります。

現在、ほとんどのUHDコンテンツは、1000ニットまたは4000ニットの画面用に作成されています。

このメタデータの目的は、コンテンツが作成されたディスプレイのピーク輝度に達しないディスプレイでコンテンツが表示されるときに、元のHDRコンテンツからSDRイメージ（またはSDRとHDRの間の何か）を取得できるようにすることです。

つまり、1000 nitのディスプレイで映画が作成され、最大650 nitのOLEDスクリーンがある場合、TVはこのメタデータを使用して、ハードウェアの制限により表示できない情報を表示する方法を決定できます。

コンテンツの最大輝度に一致するディスプレイ、またはそれを超えるディスプレイがある場合、メタデータは必要ありません。

これを理解したら、ゲームがどのように作成されたか、ユーザーが画像を調整するために提供するオプション、これらのオプションが何をするか、これらのアスペクト間の関係、およびHDRの外観を見てみましょう。

ビデオゲームは映画よりも大きな利点があります。その画像はリアルタイムで生成されるため、好きなようにカスタマイズできます。

HDRコンテンツの性質上、これは非常に簡単に測定できます。スクリーンショットを撮ったり、トーンマッピングなしでビデオをキャプチャしたりするだけで十分であり、そこから画像のさまざまな部分で使用されているコード値を確認できます。

ゲームが黒とは異なるものを送信する場合（または黒の値を上げて映画のような色補正を行う場合）、ゲームが太陽などのオブジェクトに使用しようとする最も鮮明な値を確認できることがわかります。

そのため、Xbox用のさまざまなゲーム（コンソールを使用してHDRでスクリーンショットを作成できます）を調べて、さまざまなゲーム内設定が何をするのか、そしてそれらを使用してディスプレイで最高の画像を取得する方法を見つけました。

HDRの目的は、より多くの情報をディスプレイに送信して、画像の対応する部分に最も明るい光を表示できるようにすることです。 通常、最も明るいポイントは、反射、爆発、および太陽のまぶしさです。

ゲーム用HDRの非常に良い例を見てみましょう。 これらの例はすべて、わずかに異なるパラメーターとトーン圧縮を実行するための異なるアプローチを使用しています。

HDR10 / SDR形式を使用しない形式でゲームの出力をよりよく視覚化するために、ライトマップを作成する方法を思いつきました。

このスケールを使用すると、暗いもの、明るいもの、非常に明るいものを簡単に評価できます。


表示されるもののほとんどは0〜150 nitの範囲であり、HDRによって提供される追加の照明はますます高くなっています。

スターウォーズ：バトルフロント2

実際、私がレビューしたFrostbiteエンジン上のすべてのHDR互換ゲーム（Battlefield 1、Mass Effect）は同じパターンを使用しています。

メタデータは100000単位で表示され、トーン圧縮自体はHDRスライダーを使用してゲームによって実行されます。0nitは左端の値で、10k nitは右端です。


ご覧のとおり、太陽自体は10k単位で表示されます。 完全に暗いはずのオブジェクトはそのように見えます。 武器の上部の反射も4,000から10,000ニットの範囲に収まります。

FrostbiteエンジンのDiceゲームは、HDRスライダーを1目盛り左にシフトできるという点で、実際に非常に興味深いものです。 これにより、100/200 nit（ゲームによって異なる）が得られ、基本的にゲームイメージがSDRに圧縮されます。 これにより、新しいクールなテレビが何ができるかを非常に簡単に確認できます。

DICEゲームのもう1つの面白い点は、スライダーを0％動かして、文字通りすべてのライトをオフにできることです。 そのため、最も明るい光源を0にする必要があることをエンジンに伝えたため、照明が実際にリアルタイムで計算されることがわかります。

ライズオブザトゥームレイダー

このゲームは同様のスキームを使用します：輝度スライダーはブラックポイントを制御し（最低点に移動するとき）、2番目のHDRスライダーはピーク輝度を制御します。

トゥームレイダーの画像は4000ニットに制限されています。 Frostbiteエンジンでのゲームのように、スライダーを最大に上げてTVがトーン圧縮を実行するか、画面の指示に従って最大輝度を選択し、ゲームがデータを単独で出力できるようにします。

RotTRはこの点で特に興味深いものです。なぜなら、多くの反射があり、たとえば、輝く氷や雪のちらつき、太陽の光を反射するなど、普段目にする場所だけではありません...


...これらは、非常に高い解像度のこのブーツのように、低照度条件で、あまり目立たない「光沢のある」表面で見ることができます。


出力が4000 nitに達すると、このレベルを超えると10k nitに直接ジャンプするようです（メタデータが4000 nitの値を持っていることをディスプレイに伝えるため、ディスプレイはとにかく切断されます）。

これらのデータは失われず、時々見ることができます。これは、これが芸術的な決定であるか、HDRでのゲームのカラーグレーディングプロセスの一部であることを示しています。

暗殺者の信条の起源

AC：Originsは、適切に実装されたHDRを備えた別のゲームです。 トゥームレイダーと同様に、4000 nit（ピンクの断片）の制限もあります。 ゲームには明るさスライダーがあります。これは、可視性の条件に基づいて、できるだけ低くする必要があります。 さらに、ゲームには最大輝度オプションがあり、便利なようにニットでマークされています。

また、「ホワイトシート」スケールもあります。つまり、ゲームの最も暗い部分と最も明るい部分のスライダーと設定に加えて、中間点の1つである用紙の明るさを変更できます。


Ubisoftでは、白いシートスライダーに次の設定を推奨しています。

画像内の紙とぶら下がっている布地がほぼ白になるように値を調整します

ただし、明るさスライダーの場合と同様に、これにより、表示条件に一致するようにゲームの表示グラフィックスを調整することができます：制御された光源に囲まれている場合、値を80 nitに設定しますが、周囲光を増やして、より高い値を好みます


技術的に正しいパラメーターに従ってゲームをセットアップすると、多くの消費者にとってHDR10 /ドルビービジョンが暗すぎることがわかります。 また、開発者はまだこれらの技術に密接に関与していることがわかります。画像が正しく調整されると、ACのHUDゲームは少し暗くなります。

次に、フル10,000 nit出力で動作する3つのMicrosoft製品を見ていきます。

フォルツァの地平線3

HDRは、太陽、魔法、火のめちゃくちゃ明るい場所にのみ使用する必要はないという事実の素晴らしい例です。

雲の場合、空はまだ非常に明るいままであり、写真家は、この理由によって引き起こされるコントラストの問題に対処するために、トリックに行かなければなりません。 フォルツァの花が満開で、まるで自分の目で見ているかのように、寒さと灰色を感じます。

ご覧のように、空は約4000ニットに達し、ライトはグリルにほとんど落ちず、暗くなりますが、ヘッドライトは完全な10kニットを発します。


夜になると、ゲームはスケールの暗い境界線を最大限に活用し、爆発とヘッドライトは現実的な方法で照らされます。


これは、SDRでさえ、HDR10標準に準拠した非常に暗い画像でも、暗すぎる、またはこもった、または「つぶれている」と認識されるという事実の良い例です。
黒。」 放射照度マップからわかるように、すべての詳細は実際に配置されていますが、人間の目はそのような詳細に調整できません。 目の細胞で特定の化学反応が起こるまで、彼は約10分間暗闇にいる必要があります。 明らかに、これは、これを助長する照明条件にない可能性が最も高い多くの消費者にとって問題です。

Gears of War 4

昆虫

3つのゲームはすべて2つのスライダーで動作します。 輝度スライダーは黒レベルを制御しますが、コントラストの1つの側面も制御し、最大出力を10,000k nitに増やします。 2番目のHDRスライダーでは、最大出力を設定することもできます。これより下には別のスライダーが設定されます。

ForzaとGearsでは、これらのパラメーターは単に明るさとHDRと呼ばれますが、INSECTSでは、HDRコントラストとHDR（HDR明るさ）と呼ばれます。

他の例をいくつか見てみましょう。

モルドールの影

SoMは非常に単純化されたアプローチを使用します。ゲームは常に最大10k nitを表示し、トーン圧縮はテレビに任されます。 実際、10k nitで表示されるゲームは見たことがありません。なぜなら、そのようなディスプレイは存在しないからです。

ゲームには従来の明るさスライダーがあり、ユーザーは好みや視聴条件に応じてブラックポイントをカスタマイズできます。

スクリーンショットでは、完全な10kニット、つまり太陽と反射のまぶしさを探す必要がある明白な場所を確認します。 また、シャドウ内のキャラクターの側面が本来あるべきほど暗いこともわかります。

騒乱のエージェント

ゲームは上から1000ニットに制限され、これを念頭に置いて色補正/トーン圧縮が明らかに実行されたことを除いて、同様の手法がここで使用されます。これは消費者ディスプレイの観点からかなり達成可能な結論であるためです。 偶然とは思いませんが、実際には見た目が最高のHDRゲームの1つです。



ここでも、他のゲームと同様に、スライダーを左に動かすと黒レベルが改善されます。

DEUS EX：人類は分裂した

黒が上に膨らんでいる場合の多くは芸術的なデバイスかもしれませんが、バグであることが判明し、ゲームの明るさスライダーを35％未満に下げると、色補正が完全に失敗します。


ある種の誤ったカーブ調整の結果のように見えます。


40-45％は、黒を過度に押し上げることなく1000ニットの結論を出します。

ファイナルファンタジーXV

Squarenix、fuからSquarenixに、すごい！

最大出力を1000 nitに固定し、黒レベルを下げるためのシンプルな明るさスライダー。 さまざまな照明条件を含む、驚くほど徹底したカラーグレーディング。



ホーム画面にも、HDR用に最適化された2D要素があります。

モンスターハンターの世界

Deus Exとほぼ同じように、モンスターハンターワールドは4,000ニット以内で動作するようです。 ただし、DEUS EXとほぼ同じように、HDRがオンの場合、ゲームは黒レベルに重大な問題を示します。 デフォルトの明るさを設定すると、次のようになります。



中間の値とハイライトがありますが、すべての影はどこにありますか？

「迅速で汚れた」レベルの改善により、追加のHDR照明を削除し、ヒストグラムを見ることができます。


数秒で取得したSDRのゲームのスクリーンショットと比較すると


SDRとHDRのトーン圧縮の間に大きな変化があることがわかります。 HDRでは、コントラストと黒レベルは完全にばらばらになります。

これは、明るさを最小限に抑えることでわずかに修正できますが、これでは画像を完全に修正するには不十分です。 これは、少なくとも部分的には眼のある種の進行中の順応によって引き起こされているようです。

ふう！ たくさんの写真！

ゲーム作成の片側を調べましたが、ゲームによって表示されるメタデータは調べませんでした。 異なるメタデータを持つゲームがあったとしても驚くことはありませんが、それらは静的であるため、技術的な観点から画像を調整するとすぐに、それらは依然として正しくなくなります。

Horizo​​n Zero Dawn：Frozen Wilds

この短いクリップからでも、HDRを正しく実装する方法を見ることができます。見られるほとんどすべてが標準のSDR範囲にありますが、エロイの腕は太陽の下で光り、背中に沿って下る火花は10k nitレベルに近づきます。 雲は明るく照らされており、1000から4000ニットの範囲にありますが、太陽自体は10kの傾向があります。


私が見たものから判断すると、それは4000ニットを超えています。

未知の4

また、Uncharted 4のHDRビデオも記録しました。別のゲームは4000 nitのしきい値を超え、10kの傾向があります。