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24/11/2021 Gaelle Ireson
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Tout connaître sur la HDRI !

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HDRI, un mot connu, mais une notion méconnue !

Vous avez déjà peut-être entendu parler de la HDR ou de la HDRI sans vraiment savoir ce qu’est la HDR/HDRI.
Utilisée sous le nom HDR dans le commerce, connue sous le nom de HDRI dans le milieu professionnel, cette technique permet de capturer des blancs au-delà du blanc et des noirs au-delà du noir.
D’accord, mais
comment fait-on pour capturer toute l’étendue dynamique d’une image ?

Démêlons ensemble le mystère de la HDRI ! 

Commençons avec un bref point historique : 

Notre histoire commence dans les années 1850 avec Gustave Le Gray. Ce photographe français est le premier à produire une image composée avec de multiples valeurs d’expositions différentes. C’est cette technique qui lui permet de produire une image présentant un paysage marin avec à la fois la mer et le ciel.

Gustave Le Grayet sa photo HDRI HDR
 

Cette fameuse image, à l’origine donc de la HDRI que nous connaissons de nos jours, est Brick au clair de lune.
Puis au fil du temps et de l’avancement technologique, la HDRI actuelle a vu le jour. Il serait donc bon de vous définir ce qu’est la HDRI

1. La HDRI, en théorie qu’est-ce que c’est ?

La HDRI, High Dynamic Range Imaging en anglais – traduit Imagerie à grande gamme dynamique, est une technique permettant de capter tous les niveaux de lumières.
Utilisée principalement pour le traitement de l’image photo et/ou vidéo, elle permet donc de récupérer toutes les subtilités des lumières, pour ensuite transposer les différents niveaux de lumières sur plusieurs images afin de rendre une image finale traitant tous les niveaux de luminosité. 

En informatique, pour stocker les images, il existe de nombreux formats : jpg, png, bmp… Mais malheureusement, ces derniers ne permettent pas de stocker de telles quantités d’informations.
En effet, la plupart de ces formats sont écrits sur 8 bits, soit 256 valeurs possibles par bit. Afin de stocker l’intégralité et toute la subtilité lumineuse d’une HDRI nous allons donc nous tourner vers des formats plus complexes écrits en 32 bits (en théorie 4 294 milliard de valeurs possible… ) tel que le .EXR ou évidemment le .HDR.

Voici deux exemples de variations d’exposition, sur une image HDR et LDR :

Du côté de la HDR, nous voyons que tout les différents niveaux de lumières sont captés et assimilés, en comparaison au LDR qui lui, ne va pas prendre en compte ces différents niveaux d’intensités lumineuses, mais seulement assombrir l’image et ternir les blancs.

Après ces explications, il est légitime de se demander : Comment fait-on pour capturer la subtilité et l’étendue des couleurs et des lumières ? Pour cela, voyons comment nous pouvons réaliser une HDRI.

2. Comment réaliser une HDRI ?

Le principe de la fabrication d’une HDRI est de réaliser un bracketing, c’est-à-dire, prendre en photo plusieurs fois une même scène, à des expositions différentes, afin de capter toute l’étendue de la luminosité, permettant par la suite d’avoir ces fameux “au-delà” de la couleur dont nous vous parlions en introduction. Dans les HDRI nous retrouvons très communément les HDRI 360° qui fournissent un panorama sphérique en HDR.
Pour les réaliser, deux méthodes possibles :

Tête nodale :

Faire une HDRI avec un appareil photo positionné sur une tête nodale (tête tournant autour du point nodale de l’appareil photo). Grâce à cette technique, vous allez pouvoir réaliser un bracketing (prise de photos en rafale afin de capturer l’ensemble des expositions) précis et vous permettant ainsi d’avoir une vue d’ensemble de la scène. Ce moyen est un peu plus long que la prochaine technique que nous allons vous présenter, mais elle reste la meilleure du fait de la grande qualité des images obtenues.

Caméra 360° :

Cette technique nécessite donc une caméra 360°, que vous n’aurez qu’à positionner et elle s’occupera de prendre les photos, à différentes expositions. Son utilisation est très rapide, la qualité du rendu sera certes moins qualitative qu’une HDRI prise avec une tête nodale, mais elle reste le meilleur compromis.

Une fois vos prises de vues réalisées, il faut traiter les images. Pour cela et lorsqu’il s’agit d’une HDRI 360°, il faut assembler et fusionner (stiching and merging) les images sur un logiciel spécifique. Ce dernier va donc traiter les images et créer un résultat HDRI.

Stiching - HDRI - Article blog Tronatic Studio

Voici un exemple de stiching réalisé pour l’un de nos projets. Les traits rouges ainsi que le quadrillage représentent les différents bords des images qui ont été stichées (assemblées) ensemble, afin de produire un panorama sphérique.

Résultat du traitement image HDRI - Merging

Voici le résultat final du traitement de l’image, le merging, faisant disparaître les bords des différentes images intégrées, produisant donc, une image HDRI 360°.

Chose importante à préciser, la HDRI 360° n’est pas toujours utilisée !

En effet, on parle communément d’HDR 360 ° lorsque l’on parle de HDRI. Pourtant, ce n’est pas une obligation ! Vous pouvez faire vous-même des prises de vue HDRI « classique » (non 360°) avec votre propre téléphone portable !
Pour réussir une HDRI avec votre téléphone, il vous faudra être extrêmement stable, l’utilisation d’un trépied est donc conseillé. Vous devrez prendre plusieurs photos à la suite, avec les différentes luminosités de la scène. Ce sont ces “références lumières” qui vous permettront d’avoir tous les détails d’une même image. Par la suite, il vous faudra regrouper les images sur un logiciel de traitement d’image comme PhotoShop par exemple, puis d’utiliser « Photo HDR merge« . Les photos seront superposées puis fusionnées créant ainsi une « vraie » photo HDRI.

Attention, les modes HDR de vos téléphones ne vous fabriquent pas réellement une image HDR, mais utilisent un processus HDR pour sortir une image LDR. En effet, votre téléphone utilise un processus appeler Tone Mapping qui permet de passer une image HDR en LDR afin ce que celle-ci soit utilisable.

Après avoir découvert la réalisation d’une HDRI, voyons ensemble des notions importantes de la HDRI.

 

 

 

 

 

 

 

 

Le clamping dans la HDRI

La HDRI clampée et HDRI pas clampée :

– Une première, que l’on dira « clampée », que l’on peut traduire par “coupée” en français, c’est-à-dire, une image sur laquelle toutes les informations ne sont pas présentes. Par exemple, le soleil sera blanc sur toutes les photos puisque ce dernier dégage énormément de lumière.
– Et la seconde, une HDRI qui n’est “pas clampée », c’est-à-dire, une image sur laquelle se trouvent toutes les informations nécessaires.

Mais comment faire pour assurer une HDRI non camplée ?
Il sera donc nécessaire de capturer une ou des images qui ne seront pas surexposées. Il faut donc utiliser du matériel spécifique comme des filtres appelés filtre ND afin de réduire la quantité de lumière qui rentre dans l’objectif.

Maintenant que nous savons faire une HDR, quand l’utiliser et finalement, à quoi ça sert ?

3. Son utilisation   

La HDRI est à portée de main ! Elle peut être utilisée pour des shootings photos, professionnels ou non, puisque vous pouvez la réaliser avec vos smartphones !
Elle est également très utile pour les tournages (VFX ou non) et divers projets comme l’architecture.

1) Intérêt de la HDR en comparaison avec la LDR.

Comme vous pouvez le voir, sur les rendus 3D, les reflets et couleurs des différentes images références, sont présentes sur la voiture Everia grâce aux visuels HDR. L’avantage de la HDRI est donc d’avoir des références lumières précises, d’avoir des ombres cohérentes par rapport au flux de lumière et également les reflets de l’environnement, créant ainsi une réelle ambiance photoréaliste. Pour que votre rendu 3D réagisse avec les mêmes variations lumineuses, il est important de choisir une image de référence en HDR ou EXR. Si l’image de référence est en JPG, les ombres, reflets et lumières seront alors faussés et votre résultat ne sera pas exact.

Before Image After Image

L’utilisation d’une image LDR pour éclairer une scène 3D est d’ailleurs un non-sens, nous vous le déconseillons fortement !

2) Changement d’ambiance en un instant 

Changer rapidement l’ambiance d’une image ou d’une vidéo en un instant est possible grâce à la HDRI, à condition bien entendu d’avoir des références adéquates !

Vous pourrez donc retrouver sur vos visuels les reflets lumineux, l’environnement extérieur d’une même scène, pris à différents moments d’une même journée. Le résultat est naturel et crédible, comme si vous y étiez !

3) Les limites de la technique 

Bien que cette technique soit très pratique et que le rendu soit optimum, vous n’avez pas la possibilité de changer le soleil (ou autres références lumineuses) puisque la référence est fixe. Si vous souhaitez pouvoir bouger de place le soleil au gré de vos envies, il est nécessaire d’utiliser une lumière préconçue sur votre logiciel.
Une HDRI aura d’ailleurs tendance à avoir un temps de traitement plus long, c’est pourquoi il est parfois plus pratique d’utiliser ces lumières préconçues.

Before Image After Image

Vous n’aurez pas les reflets de l’environnement puisque ce dernier est neutre, mais votre travail des ombres sera plus facile !

Il existe une autre notion de la HDRI qu’il est important d’aborder, la HDR commerciale.

Cette dernière est également utilisée dans le commerce, sous le nom de « HDR » et il nous semble important de vous parler de cette fameuse HDR commerciale.
La HDR commerciale concerne les objets high-tech, dont la notion « HDR » est utilisée comme argument de vente, comme par exemple pour les télévisions. Ces dernières ont la particularité d’avoir une très haute luminosité et des contrastes énormes. Intéressant donc pour profiter pleinement de ses films et séries préférées. Cette même particularité peut s’appliquer aux appareils photo qui adapteront l’ouverture de l’objectif et les différents réglages en fonction de l’exposition lumineuse.

La luminosité n’est pas la seule caractéristique à prendre en compte, en effet, un travail des couleurs est également réalisé. Si jamais le sujet de la HDR commerciale vous intéressait, n’hésitez pas à nous le faire savoir en commentaire de cet article.

4. Mise en situation 

Chez Tronatic Studio, nous l’utilisons dans la quasi-totalité de nos projets VFX. Alors, afin de vous aider à comprendre plus précisément ce qu’elle est et comment utiliser cette fameuse HDRI, nous vous avons préparé une mise en situation !
Voici quelques exemples d’utilisation de la HDRI dans nos projets :

Le Roi des cons :

Intégration naturelle de la HDRI afin d’avoir les reflets de l’environnement sur le cockpit de l’hélicoptère, mais également les reflets lumineux sur tout l’appareil.

Eaxtron

Sur ce projet, une HDRI de l’intérieur du hangar a été réalisée afin de simplifier le travail des lumières sur les différents modèles 3D des prises.

Le Petit Monstre :

Comme pour l’hélicoptère, nous avons également intégré de manière naturelle les résultats de la HDRI, permettant ainsi aux poils du Petit Monstre de refléter les différents niveaux de lumière. Ces nuances sont également présentes dans ses yeux, renforçant ainsi son aspect réel.

Si vous souhaitez en découvrir davantage sur ce projet, retrouvez notre making-of juste ici!

 

Pour tous ces projets, des prises de vues 360° ont été réalisées afin de capturer toute l’étendue dynamique de l’environnement.

 

Maintenant que la HDRI n’a plus de secret pour vous, nous avons hâte de lire vos commentaires et de découvrir vos réalisations !

 

 

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