Цифровой композитинг

Поскольку необходима систематизация работы с цветопередачей, любая система представления изображений включает одно (или несколько) специфических цветовых пространств (которые можно рассматривать как представление цвета в трёхмерном пространстве), наиболее известным из которых является CIEXYZ (другие примеры: RGB, YUV, YCbCr или CMYK). Тесно связан с этим понятием гамут или цветовой гамут, то есть доля цветового пространства, которую может воспроизвести устройство (например, камера или монитор) или процесс (например, телевизионный сигнал), обусловленная физическими ограничениями, которые могут препятствовать отображению полного гамута цветового пространства. Примерами гамутов (относящихся к разным цветовыми пространствам) являются sRGB, Adobe RGB или rec.709. Таким образом, несмотря на упрощение терминологии, часто встречающееся в аудиовизуальном программном обеспечении по соображениям удобства, цветовое пространство и цветовой гамут — не одно и то же^[3].

Цветовое пространство, в котором ведётся работа (или которое содержит используемый материал), и цветовой гамут устройств и аппаратного обеспечения (монитор, камера и т. д.) — два основных фактора, определяющих обработку цвета в конкретной работе.

Основная статья: Динамический диапазон.

Понятие динамического диапазона означает максимальную способность устройства захватывать (и воспроизводить) сцену с различными уровнями световой интенсивности (в фотографии это измеряется в стопах: например, камера с 12 стопами динамического диапазона может переэкспонировать и недоэкспонировать на 6 ступеней, не теряя информации).

В отличие от линейного поведения света, человеческий глаз (аналогично тому, как реагируют фотохимические плёнки, хотя и с меньшим динамическим диапазоном) реагирует логарифмически (это называется логарифмическое восприятие). То есть реакция человека на свет не линейна, а изогнута, и эта кривая отклика логарифмическая: увеличение, например, физического света на 100 % не означает, что глаз воспримет его вдвое сильнее. Однако цифровые кинокамеры реагируют на свет линейно, то есть в прямой зависимости от физического света реального мира.

Таким образом, в зависимости от формата файлов, работа ведётся с цветовыми пространствами линейными или логарифмическими. Вот несколько примеров этого явления:

• Файл raw имеет линейное цветовое пространство (так как его информация поступает с цифрового сенсора с линейной реакцией на свет реального мира), хотя к нему могут применяться логарифмические кривые.
• Файл, закодированный для передачи по телевидению, имеет логарифмическое цветовое пространство, rec.709 (разработанное для максимального использования возможностей цветового пространства телевидения).

Гамма используется для достижения наилучшего отображения файла с учётом, с одной стороны, ограничений аудиовизуальных технологий (мониторы, камеры и т. д.), а с другой — большого разнообразия и количества цифровых форматов. Цифровые сенсоры, фиксируя свет линейно, получают спектр света, который ни мониторы, ни человеческий глаз (например) не способны полностью передать или воспринять. Поэтому гамма используется для сжатия этих линейных изображений до светового спектра, воспринимаемого человеческим глазом. Поскольку каждый производитель камер использует одну или несколько гамма-кривых, существует широкий выбор вариантов в этом аспекте.

Стив Райт различает три типа гаммы:

1. Гамма монитора: это всегда фиксированное значение, поскольку природа монитора не позволяет линейной кривой отклика. Хотя Райт строил свои идеи вокруг монитора с гаммой 2,5 (для CRT-мониторов), современные технологии позволяют использовать LED, TFT или LCD-мониторы, что снижает значимость этого параметра. Тем не менее, понятие гаммы по-прежнему важно для отображения на экране.
2. Коррекция гаммы: это значение, с помощью которого выравнивается гамма монитора, чтобы изображение отображалось корректно на экране.
3. Результирующая или остаточная гамма: может быть определена как разница между гаммой монитора и применённой к нему коррекцией гаммы.

Другой аспект, который следует учитывать, — это цветовое пространство, в котором ведётся работа, поскольку программы цифрового композитинга обычно настроены на отображение линейных изображений на нелинейных мониторах и экранах, так что определённые сочетания линейных и нелинейных элементов требуют обратной гамма-коррекции для правильного отображения изображения.

Чтобы все изображения из разных источников были интегрированы и составляли одно новое изображение, необходимо, чтобы гамма была выровнена (с учётом всех упомянутых факторов) для разных материалов, чтобы они сочетались в единой цветовой перспективе.

Основная статья: Таблица поиска.

TAC или таблицы поиска используются для изменения внешнего вида изображения или видеофайла (изменяя значения хроминанс и яркость), относительно их исходных значений (таким образом, они работают по-разному для различных характеристик изображений) и значений таблицы. Этот аспект может быть решающим в цифровом композитинге (например, для придания определённого вида сцене), поэтому большинство программ, предназначенных для этой задачи, поддерживают LUT. Необходимо оценивать композицию с учётом финальных значений, которые может получить кадр, над которым ведётся работа, и для этого может использоваться TAC, давая приблизительное представление о характеристиках хроминанс и яркость, которые будет иметь итоговая продукция после финальной цветокоррекции.

Кодирование (то есть сжатие информации определённым образом, чтобы уменьшить необходимый объём хранения и снизить скорость передачи для чтения/записи изображений) — основной аспект, который необходимо учитывать в цифровом композитинге, поскольку от него зависит такой важный фактор, как качество изображения^[4]. В зависимости от доступных ресурсов кодирование может быть:

• Без потерь — сжатие и распаковка файла не приводят к снижению качества изображения: сжатие и распаковка изображения дают файл, идентичный оригиналу, и этот процесс можно повторять бесконечно, но при этом коэффициенты сжатия довольно низкие (так как только математически перерабатывается информация для уменьшения размера файла при сохранении максимального качества).
• С потерями — приводит к снижению качества изображения, удаляя информацию, считающуюся наименее важной для восприятия, но позволяет достичь более высоких коэффициентов сжатия. Потеря качества и информации зависит от используемого кодека, который определяет итоговый результат.

Основная статья: Глубина цвета.

Глубина цвета (или битовая глубина) — это количество бит информации, доступных в определённом формате по трём каналам цвета (зелёный, красный и синий). Чем выше глубина цвета, тем шире диапазон воспроизводимых цветов. Глубина цвета видеоформата, таким образом, определяет объём информации в файле.

В цифровом композитинге этот аспект важен в таких процессах, как:

• Использование хромакея: алгоритмы, используемые для создания этого эффекта (для отделения изображения от фона), зависят от различий цветов, поэтому результат маски будет тем точнее, чем больше информации (выше глубина цвета) доступно алгоритму.

• Появление полос (то есть искажения цифрового цвета), возникающее при переходе цветов с низкой глубиной цвета. Это явление проявляется в градиентах, создавая на них полосы.

Наиболее распространённые глубины цвета:

• 8 бит: позволяет воспроизводить 256 цветов на пиксель, что даёт около 16,78 миллионов возможных цветов.
• 16 бит: позволяет воспроизводить 65 536 цветов на пиксель, то есть около 281 триллиона возможных цветов.
• 32 бита: позволяет воспроизводить 4,29 триллиона цветов на пиксель, то есть 7,95×10²⁸ возможных цветов.

В данном случае важна разрешающая способность каждого кадра видео, то есть количество пикселей по ширине и высоте. Несмотря на большое разнообразие разрешений, существует ряд более или менее стандартизированных разрешений, применяемых в индустрии в зависимости от области показа аудиовизуального продукта:

• SD («Standard Definition»): с разрешением 576×720, эта группа форматов стала стандартом в первые годы цифрового телевидения. В системе PAL (происходящей от NTSC, возникшей в США), с соотношением сторон пикселя 1,09 для 4:3 и 1,46 для 16:19 (то есть пиксели прямоугольные).
• NTSC: 720×408 пикселей с соотношением сторон пикселя 0,91 для 4:3 и 1,21 для 16:9.

• С введением высокой чёткости (HD, 1270×720 пикселей) стандартизируются и унифицируются основные форматы: теперь соотношение сторон пикселя всегда 1.
• FHD (от англ. «full HD»): 1920×1080 пикселей.
• Ultra HD: 3840×2160 пикселей.

В киноиндустрии выделяются два наиболее стандартизированных разрешения:

• 2k: 2048×1556 пикселей.
• 4k: 4096×3112 пикселей. Этот формат стал стандартом для цифровых кинокамер, поскольку обеспечивает хорошее качество разрешения без необходимости огромных объёмов хранения.

Несмотря на эти стандартные размеры, работа по цифровому композитингу может включать обработку видео с различными размерами кадра (например, потому что сенсоры камер поддерживают несколько разрешений). Примеры — разрешения 6k и 8k.

Основная статья: Субдискретизация цветности.

Поскольку видеосигнал изначально очень объёмен и содержит избыточную цветовую информацию, его необходимо дискретизировать, так как пропускная способность ограничена. Для этого большая часть информации о цветности отбрасывается, а информация о яркости, к которой человеческий глаз более чувствителен, сохраняется. Важно, чтобы каждый видеоформат указывал свою субдискретизацию, поскольку это ограничение, которое необходимо учитывать при обработке цветовой информации файлов, ограничивая, таким образом, обработку изображений в постпродакшне.

Обычно обозначается матрицей формата n: n: n (где первая цифра относится к яркости, а две другие — к цветности). Максимальное значение — 4 (отсутствие сжатия), минимальное — 0 (максимальное сжатие). В рабочих процессах цифрового композитинга часто возникает необходимость транскодирования материалов: качество продукции будет выше, чем меньше деградирован материал.

В профессиональной среде цифрового композитинга основными форматами являются:

• DNG: для работы с файлами расширения raw.
• OpenEXR: как с глубиной 16 бит, так и 32 бит с плавающей запятой. Работает с линейными цветовыми пространствами и поддерживает многоканальную обработку для каждого файла. Обычно работает с большими файлами и поддерживает различные типы сжатия (как с потерями, так и без: RLE, zip, PIZ, PXR24, B44, B44A, DWAA и DWAB). Поддерживает динамический диапазон более 30 ступеней экспозиции.
• DPX: создан для хранения файлов Cineon от Kodak, использовавшихся для оцифровки 35-мм плёнки, стал одним из самых распространённых стандартных форматов для работы с цифровым видео. Обычно используется для представления плотности каждого цветового канала негатива, отсканированного в «логарифмическом» несжатом изображении.

Основано на размещении элементов по слоям, так что каждый элемент (или группа элементов), входящий в композицию, образует отдельный слой. Такие программы обычно состоят из трёх частей: временной шкалы, на которой располагаются слои, окна просмотра для предварительного просмотра композиции и панелей свойств для изменения различных элементов. Ключевым является порядок слоёв: их положение (по высоте) на временной шкале соответствует положению в окне просмотра (по глубине): чем выше слой на временной шкале, тем ближе он к зрителю относительно других элементов.

Такая структура позволяет обрабатывать каждый слой отдельно (можно настраивать форму, цвет, освещение), а также комбинировать и смешивать элементы для получения сложных композиций с широкими творческими возможностями.

Как и многослойное программное обеспечение, программное обеспечение на основе узлов также имеет панели свойств и окно просмотра для предварительного просмотра цифровой композиции. Главное отличие — временная шкала организована не по слоям, а по узлам: каждый элемент и применённый эффект образуют узел. Таким образом, композиция строится на основе древовидной схемы, где каждый элемент размещается по иерархии. Каждый узел имеет один или несколько входов («inputs») и выходов («outputs»), и с помощью этой системы строится дерево, распределяя элементы. Информация организуется очень наглядно и схематично, подобно блок-схеме рабочего процесса. В настоящее время этот тип программ наиболее популярен для создания спецэффектов в кино.

• Adobe After Effects
• Natron^[5]
• Nuke
• Fusion^[6]
• Flame
• Blender
• Autodesk Combustion