Gamma Gamma and linear color-space

1. Gamma와
Linear-Color-Space
이민웅
Shader Study
http://cafe.naver.com/shader

2. 뭔가 부드럽다… 왜(?)
간지난다!

3. sRGB
• HP, MS에서 지정한 표준 컬러 스페이스, 1996
• 감마는 2.2
– 윈도우 sRGB(2.2) 맥 color sync(1.8)
– HDTV, 모니터, 프린터, 인터넷용
• 블랙으로는 1, 화이트로는 2.4로 비균일
CIEXYZ 다이어 그램에서 삼각형은 sRGB의 표현영역
CIEXYZ 모두를 표현할 수 있는 디바이스는 없음
Gamma, Color Space의 이해 이장호 - kasa

4. 시각의 특성
• 인간의 시각은 베버의 법칙에 따라 밝기에 대해 비
선형적으로 반응
• 베버의 법칙
– 감각기에서 자극의 변화를 느끼기 위해서는 처음 자극
에 대해 일정 비율 이상으로 자극을 받아야 된다는 법
칙
• 예를 들면
– 처음에 약한 자극을 받으면 자극의 변화가 적어도 그
변화를 인지할 수 있다. 하지만 처음에 강한 자극을 받
으면 자극의 변화가 커야지 그 변화를 인지할 수 있음
• 즉, 자극 사이의 절대적인 차이가 아닌, 자극 사이
의 비율이 중요 ( 인간 시각의 비선형성 때문 )

5. 선형 부호화
• 밝기를 선형적으로 나눈것
• 0이 검정, 255가 흰색
• 어두분 부분은 25, 26 차이는 사람이 매우 크게 느낌
– ( (26/255 - 25/255)/ (25/255) *100 )
– 밝기 차이 비율 : 4%
• 밝은부분은 200, 201의 차이는 거의 못 느낌
– ( (201/255 - 200/255)/ (200/255) *100 )
– 밝기 차이 비율 : 0.5%
• 빛의 밝기를 선형적으로 나누어 부호화하면 어두운
부분은 사람이 보기에 밝기 변화가 매우 큰 현상이
나타남
– Posterization , contouring(윤곽?), banding(변색?)
Posterization : 분해된 사진의 원판을 써서 연속적인 톤[색조]의 사진 등에서 불연속적인 톤[색조]의 복제를 만드는 기법
네이버 백과사전 (포스터라이제이션)

6. 선형으로 부호화를 하게 되면,
밝은 부분에서는 시각이 지각할 수
없는 쓸모 없는 데이터가 많아지고,
어두운 부분에서는 데이터가 부족해서
화질이 떨어지게 됩니다

7. • 채널 당 8 bit와 같이 한정된 정보양 안에 비선형적으로 부호화
서 선형적으로 빛의 밝기를 기록하 다음 그래프의 파란색 부분을 보
면, 사람의 눈이 민감하게 반응하는 '어 면 입력값(tristimulus value)
두운 부분'의 경우 밝기가 변할 때 부드 0~0.018은 이 함수를 거치면
럽게 느껴지지 않고 단절되어 보이는 현 0~0.081 사이의 값이 됩니다.
상(posterization, contouring, banding) 즉, 어두운 부분의 경우 세밀하게
이 발생합니다. 따라서, 주어진 정보양 나누어 기록합니다. 이에 반해 입
의 한계 안에서 최적의 화질을 보여주기
력값 0.92~1는 이 함수를 거치면
위해선 비선형적으로 부호화하여 '어두
운 부분'의 차이를 세밀하게 기록할 필요 0.96~1 사이의 값이 됩니다.
가 있다. Rec. 709 transfer function과 같 즉, 밝은 부분은 큰 차이가 나야
은 비선형 함수를 사용합니다. 만 서로 다른 값으로 기록되게 됩
니다

8. • 비선형적으로 기록한 데이터를 사람에게 보여주
기 위해서는 보여주는 기기(보통 컴퓨터)에서 다
음 그림의 녹색 함수와 유사한 함수를 사용하여
원래의 밝기대로 보여주어야 합니다.

9. Gamma
• Gamma encoding, Decoding을 의미
– Gamma = 감마 부호화 = 감마보정
(Gamma encoding) (Gamma correction)
• 감마보정의 잘못된 속설
– 모니터의 출력 특성 때문
– LCD 모니터들은 CRT가 아니기 때문에 감마 특성
과 별 관련이 없음
• 감마 보정의 이유
– 주어진 대역폭 내에서 최대한의 화질을 보여주기
위해서

10. Gamma Correction
• gamma가 1.0이 되어야 함을 의미
1보다 작으면 인코딩(compression)
1보다 크면 디코딩(expansion)

11. Gamma Space
• 게임에서 쓰는 모든 텍스쳐는 감마가 적용
된 텍스쳐!
• 디스플레이 출력 시, 올바른 색상을 표현하
기 위해서, 1 / 2.2로 감마를 상쇄
감마보정
CRT감마

12. Texture는 Gamma Space
Pixel Shader는 Linear Space

13. Gamma / linear space example
Source image (16 b/ch) Gamma (contrasted) Linear (contrasted)
Kaplanyan-CryEngine3(SIGGRAPH 2010 Advanced RealTime Rendering Course)

15. 감마 보정
sRGB 읽기 sRGB 쓰기
0.45
2.2
1/2.2
Uncharted 2: HDR Lighting

16. 감마 보정

17. 감마 보정
보정전 보정후

18. 감마 보정
Diffuse 텍스쳐를 가져올 때 감마적용
float3 diffuseCol = pow( tex2D( diffTex, texCoord ), 2.2 );
최종 칼라를 리턴할때 감마보정
return float4( pow(finalCol, 1.0 / 2.2), pixelAlpha);
sampler2D SamplerColor = sampler_state 하드웨어 사용시
{ Texture : D3DSAMP_SRGBTEXTURE
… RenderTarget write: D3DRS_SRGBWRITEENABLE
SRGBTexture=FALSE;
};
technique PostProcess
{
pass P0
{
….
SRGBWRITEENABLE=FALSE;
}
}
기본적으로 SRGBTexture는 꺼져있음
하드웨어 감마 보정시는 켜야 함

24. 연기, GUI, 총 Glow 볼것

26. Reference
감마 보정(gamma correction), 감마 인코딩(gamma encoding)의 이해(http://shotgunlee.egloos.com/10607756)
http://www.w3.org/TR/PNG-GammaAppendix.html
http://www.poynton.com/PDFs/Rehabilitation_of_gamma.pdf
http://www.poynton.com/notes/Timo/index.html
위키백과 감마 보정 http://ko.wikipedia.org/wiki/%EA%B0%90%EB%A7%88_%EB%B3%B4%EC%A0%95
위키백과 베버의 법칙 http://ko.wikipedia.org/wiki/%EB%B2%A0%EB%B2%84%EC%9D%98_%EB%B2%95%EC%B9%99
Gamma, Color Space의 이해 – 이장호 – Kasa
GDC2008_PostProcessingInTheOrangeBox
Ndc11 올바른 HDR을 이용한 Bloom과 Dof ㈜소프트네트 이창희
GPU Gems3 chapter24_the_importance_of_being_linear
Hable-Uncharted2(SIGGRAPH 2010 Advanced RealTime Rendering Course)
Uncharted2-Hdr-Lighting
gamma(감마) – 임정환
Picture Perfect - Gamma Through the Rendering Pipeline
Kaplanyan-CryEngine3(SIGGRAPH 2010 Advanced RealTime Rendering Course)