Геймдев

#статьи

23 июл 2021
0

Что такое HDR?

Объясняем, как устроен высокий динамический диапазон.

Polina Vari для Skillbox Media

Дмитрий Землянкин

Сценарист и копирайтер. Утверждает, что видел все фильмы и прошёл все игры, но редакция отказывается ему верить.

High Dynamic Range — технология обработки изображений и видео, позволяющая получить более высокий диапазон между самой светлой и самой тёмной частью картинки.

Телевизоры и мониторы с функцией HDR обладают большей яркостью, насыщенностью и контрастностью изображения — за счёт этого увеличивается палитра цветов. Дисплей отображает более глубокие уровни чёрного и больше ярких светлых участков. Более ранняя, но похожая технология называлась SDR — Standart Dynamic Range.

С помощью HDR разработчики усиливают эффект присутствия: появляется возможность отобразить детали, которые игрок не увидел бы при SDR. В играх самые яркие точки находятся в бликах отражения, взрывах и на солнце. Отображение тёмных участков позволяет, например, в survival horror увидеть приближающегося противника в полной темноте.

Аббревиатура HDR имеет несколько значений: в фотографии — многократная съёмка с разными значениями экспозиции; в геймдеве же графический эффект High Dynamic Range Rendering, что практически всегда сокращают до HDR, включает в себя, например, эффект размытия картинки — bloom.

Как подключить HDR?

Технология работает на консолях Sony и Microsoft, начиная с PS4 и Xbox One S. Минимальные требования для работы HDR на ПК:

процессор Intel седьмого поколения Kaby Lake;
видеокарта серии NVIDIA GeForce GTX 900;
процессор AMD семейства Ryzen;
видеокарта AMD семейства RX 400.

Туториал от Sony по подключению HDR для PS4 Pro

Для HDR-картинки на любой платформе потребуется:

кабель HDMI 2.0 или DisplayPort 1.4;
монитор или телевизор, поддерживающий HDR;
HDR-контент.

Все игры одинаково отображают HDR?

В играх существует два способа отображения HDR: встроенная поддержка и автообновление со стандарта SDR.

Игры с лучшим HDR по версии Digital Foundry

В большинстве игр, выпущенных до 2017 года, отсутствует встроенная поддержка HDR. К тому же далеко не все игры адаптированы под высокий динамический диапазон одинаково хорошо. Список игр для ПК и мобильных платформ можно найти по ссылке.

Тестирование функции Auto HDR на консоли Xbox Series X

Одной из ключевых фич Xbox Series X/S стала функция Auto HDR — автоматическое обновление совместимых игр с SDR до HDR. Функция работает и на ПК для многих игр, совместимых с DirectX 11 и DirectX 12. Включить Auto HDR можно в настройках Windows HD Color.

Сравнение динамических диапазонов Gears 5. Изображение: Microsoft

В качестве хорошего примера Microsoft выделяет Gears 5: слева — картинка SDR, посередине — Auto HDR, справа — HDR, разработанный студией The Coalition специально для этой игры. Оттенки серого — области сцены, которые полностью показывают SDR-дисплеи. Цвета радуги — области, которые могут отображаться только при работе HDR. Созданный The Coalition встроенный высокий диапазон показывает больше цветов и оттенков, чем автообновление картинки. Тем не менее сейчас на рынке мало игр, подобных Gears 5.

«Для настройки HDR в Gears 5 мы провели много настроек контента — например, вспышки дула после выстрела и скайбоксы должны находиться в правильном диапазоне светимости. Параметры экспозиции различаются для каждого уровня: иногда локация смотрится отлично, но следующий после неё уровень выглядит с теми же настройками ужасно.

Мы потратили много времени на то, чтобы экран калибровки представлял различные сценарии освещения. Реализовали возможность скрыть калибровочное изображение при настройке ползунков HDR, вывели кривую для представления выходного сигнала HDR, добавили элементы управления — контраст HDR и максимальную яркость. Они помогут игроку добиться желаемой картинки».

Колин Пенти,
технический арт-директор Gears 5

Какие бывают виды HDR?

Большинство стандартов HDR создаёт организация VESA. Video Electronics Standards Association — Ассоциация по стандартизации электроники, основанная в 1989 году девятью производителями видеокарт.

DisplayHDR — стандарт VESA, определяющий качество высокого динамического диапазона. Уровни HDR определяют по результатам тестов на яркость, контрастность и цветовой охват. Вы можете проверить, как работает HDR на вашем мониторе, с помощью специального теста.

Председатель рабочей группы VESA DisplayHDR Роланд Вустер рассказывает о сертифицированных продуктах

Ключевой показатель — пиковая яркость — определяет красочность небольших выделенных частей изображения без изменения цветопередачи окружающего пространства. Пример — чёрное ночное небо и звёзды разной яркости. Единицы измерения — ниты или канделы [от лат. candela — свеча, сила света, излучаемая одной свечой] на квадратный метр. Чем выше значение, тем более заметна разница между самыми светлыми и тёмными точками изображения.

В формате прошлого поколения — SDR — показатель составлял от 100 до 350 нит. Базовый уровень — DisplayHDR 400 — выдаёт минимальную пиковую яркость до 50% выше, чем на большинстве SDR-дисплеев, к тому же без значительного увеличения стоимости. Это единственный стандарт с 8-битным качеством изображения, остальные включают в себя 10-битную обработку изображения.

Источник: VESA. Инфографика: Майя Мальгина / Skillbox Media

ЖК-дисплеи не излучают свет сами по себе, вместо этого подсветка просвечивает через материал дисплея — так работает технология затемнения. Большинство DisplayHDR используют локальное затемнение — светодиоды в подсветке сгруппированы в блоки, которые выключаются в определённых участках экрана, благодаря чему чёрный цвет будет глубже. В стандарте True Black подсветка может работать на уровне пикселей.

True Black отличается ещё максимальным количеством кадров для перехода от чёрного к наивысшей яркости. В отличие от остальных стандартов, переход занимает всего два кадра.

Все виды DisplayHDR входят в HDR10. Фактически любой высокий диапазон идёт в стандарте HDR10, который используется всегда, если не указано обратное. Это открытый стандарт, производители дисплеев используют технологию без отчислений создателю.

Ассоциация недавно выпустила опровержение о новом DisplayHDR 2000 — у VESA нет такого стандарта, несмотря на анонсы Samsung и Acer.

Помимо VESA, и сами производители дисплеев создают стандарты HDR. Видов высокого диапазона действительно много, сейчас для видеоигр актуальны некоторые из них.

Dolby Vision HDR — версия от компании Dolby. Ключевое отличие — поддержка глубины цвета вплоть до 12 бит. Dolby заявила, что технология выдаёт в 40 раз более яркие светлые участки и в 10 раз более глубокие уровни чёрного. Сейчас функция поддерживается в немногих играх — например, в DIRT 5 или Call of Duty: Warzone.

Технология находится на стадии тестирования. Microsoft планирует в 2021 году добавить Dolby Vision на ПК и консоли Xbox нового поколения. Dolby Vision — закрытый стандарт: в отличие от открытого HDR 10, для него требуется сертифицированное оборудование. Из-за этого возрастает цена на дисплеи с поддержкой технологии.

FreeSync HDR — технология компании AMD. Как заявляют разработчики, с помощью FreeSync частота обновления экрана синхронизируется с частотой кадров видеокарты. Это позволяет уменьшить задержку ввода, разрывы изображения и прерывания во время игры.

Поддержка AMD FreeSync реализована в Call of Duty: Black Ops 4, Borderlands 3, Far Cry 5 и готовящейся к выходу шестой части, полный список можно посмотреть на сайте AMD. Для активации этой технологии нужен монитор с сертификатом FreeSync HDR и совместимая видеокарта.

Как HDR влияет на производительность?

Результаты тестов FPS от computerbase.de. Инфографика: Майя Мальгина / Skillbox Media

Тесты FPS по видеокартам AMD и NVIDIA позволяют увидеть разницу в производительности. Чаще всего включение HDR приводит к снижению частоты кадров в зависимости от реализации технологии в конкретной игре: от незначительной потери 0,4 FPS в Star Wars: Battlefront 2 на карте AMD до ощутимой просадки на 12 кадров в Destiny 2 на карте NVIDIA. Подробнее про FPS и влияние частоты кадров в секунду на ощущения от игр мы писали в другой статье.

Сравнение производительности в Hitman, Assassin’s Creed: Odyssey, Far Cry 5 и других играх

Кроме снижения FPS, может увеличиваться задержка ввода. Input lag — критически важный фактор в киберспорте. Помимо этого, часто в телевизорах нельзя активировать игровой режим и HDR одновременно, придётся выбирать, что важнее — производительность или картинка.

Подытожим

HDR сейчас напоминает гонку технологий. Все крупные производители пытаются сделать превосходящие конкурентов стандарты, что приводит к появлению HDR практически в любом современном дисплее.

Если вы соревнуетесь в киберспорте и для вас важнее скорость отклика и частота кадров, разумнее всего будет играть без HDR и не терять драгоценные миллисекунды. Если играете в одиночные игры или мультиплеер для вас — развлечение, а не спорт, HDR сделает картинку реалистичнее и усилит эффект погружения.