之前我写过一篇文章，介绍如何为产品渲染搭建三维场景。
相比而言，利用HDR环境贴图则更加便利，它可以提供照明、反射，可以作为背景，从某种程度来说，它还能提供更多的细节与真实性。
HDR环境贴图是怎么制作的，尤其是高质量的HDR贴图？我将结合实拍案例来给大家做一个系统详尽的阐述。
关于HDR环境贴图
什么是HDR环境贴图
HDR环境贴图包含如下两个属性：
1.360°全景图
因为需要用来模拟一个完整封闭的环境，贴图必须是360°全景图，可以贴附于球形、半球形或立方形空间内。以球形贴图为例，它是一张长宽比为2：1的矩形图片。
2.HDR
图片必须具备HDR（high dynamic range）属性，即高动态范围的亮度信息。
这是HDR图片和普通图片的对比，当我逐渐降低曝光度，普通图片原本过曝的纯白区域逐渐变成纯灰色，而HDR图片中灯箱的信息则慢慢显现出来。HDR图片包含着比普通图片多得多的亮度信息，目前所有的显示设备都是基于8位的，所以我们无法在显示器中一下看全HDR图片的所有信息，只有通过调整曝光值才能看全。HDR图片通常为16位或32位，有三种文件格式：exr、hdr、tiff(32bit)；而普通图片为8位，有jpg、png、tga等格式。那是不是把jpg图片的后缀改成exr它就变成32位的高动态范围图了呢？显然不是，就像把ppt文件改成mp3它不会变成一首歌一样。
用于渲染的环境贴图为什么需要HDR属性？
环境贴图必须是360°全景图好理解，那为什么必须是HDR，不能是普通8位图片呢？
JPG
HDR
HDR -10EV
这两张看似相同的环境贴图一个是JPG，一个是HDR，我们假设视觉上黑色为0，白色为1，灰色介于之间。我们知道，太阳中心的亮度要远高于周围光晕的亮度，而JPG中的太阳区域就是一片亮度为1的均匀白斑，甚至都没有比周围天空和地面亮多少，这显然是不符合真实世界中的明暗对比的。再看HDR中的太阳，中心点的亮度要远远高于周围的亮度，可以通过降低曝光度来验证，也可以用32位图片软件拾色查看。当我降低到-10EV，周围环境几乎全黑的情况下，还是可以看到太阳这颗亮点， 也就是说这张HDR图中的太阳的确要比周围环境亮得多的多的多，这是符合真实世界的光照的。
HDR产生的照明
JPG产生的照明
这是同一环境下HDR和JPG所产生的照明效果对比，可以看到HDR产生了与真实相符的锐利阴影和明暗对比，而JPG的照明就显得平淡不自然。
HDR环境贴图的几种类型和制作方法
1.实景HDR环境贴图：多角度拍摄拼接全景图+多曝光拍摄合成HDR
2.studio HDR环境贴图：HdrLightStudio或PS 32位环境下绘制
3.虚拟HDR环境贴图：三维软件构建场景，渲染出全景图（注意它不同于Full CGI，可以理解为第一种制作方式的全程虚拟化）
其中第一种实景拍摄应用最广泛，过程最复杂，也是本文要介绍的制作方式。
相关概念储备
普通全景图 & HDR环境贴图
全景图大家都很熟悉，它广泛应用于建筑景观、产品设计、旅游地产、虚拟展示等领域，比如我们可以在网页上360°查看一辆汽车的内饰，或者预览酒店房间的情况。
HDR环境贴图在普通360°全景图的基础上多了HDR属性，它的作用不是直接展示，而是在三维渲染中提供照明和反射。
HDR & 相机HDR功能
相机中的HDR功能是在同一视角下拍摄多张不同曝光的照片，把强曝光的暗部和弱曝光的亮部合成在一起。
例如上图中，如果建筑正常曝光天空就一片白，而天空正常曝光建筑就一片黑，HDR功能把两张图中正常曝光的部分合成在一起，形成了一张理想的照片。
制作HDR环境贴图的手法和相机的HDR拍摄功能非常相似，但最终的目的和产物是不一样的。我们需要的不是一张曝光正常、所有细节都同时显现的普通8位图片，而是一张包含了多重曝光，亮度范围极大的32位图片。严格来说，相机中的HDR拍摄功能更接近CG渲染工作中Tonemapping的概念。
HDR & .hdr & 32bit
HDR(high dynamic range)是一种图片属性，前文已经详细介绍了；
.hdr是文件后缀名，代表一种文件格式，它和.exr、.tiff(32bit)一样可以存储32位图片。.jpg、.png、.tga等只能存储8位图片；
在真实世界中hdr贴图，我们可以在明和暗之间进行无限的分割，但落到显示设备或打印设备上时，明暗之间的级数是有限的。8位图片意味着每个通道有28=256级，匹配显示和打印的需求，可以说大家能接触到的图像都是8位的；16位图片意味着每个通道有216=65536级，它也完全可以用来存储HDR；32位图片是浮点式（floating point）的，也就是无限级的，因此最适合模拟真实世界的光照。
这三个概念之间的关系可以用一个比喻来帮助理解：一个巨型蜂巢（.hdr格式文件）里住着一个庞大蜂群（HDR图片），这个蜂巢有很多（32bit）房间。
全景相机
目前世面上有一些全景相机，比如Ricoh Theta V和Insta360 One，操作简单、价格便宜，只要按一下就能拍出全景图，适合生活娱乐等普通用途，但不管是曝光控制还是像素都不能满足我们的需求。期待以后它能做得更强大hdr贴图，可以帮我们免去拼接之苦。
Auto Bracketing mode
合成HDR图片需要用到的拍摄模式，中文叫“包围式曝光”或者“多重曝光”，它是指相机在同一视角用一组呈等差数列的曝光值自动连续拍摄。
比如Cont. Brackrt : 3.0EV 5 Image，意思是以3个曝光值为间隔连拍5张。这5张照片合成HDR后就能覆盖(5-1) ×3=12个曝光范围。
图像尺寸
尺寸是衡量一张HDR环境贴图品质高低的基本要素。这两张图可以很明显的看出HDR环境贴图的尺寸对渲染效果的影响，尺寸过小会导致产品上的反射模糊不清。
HDR环境贴图的尺寸由以下两个因素控制：
1 相机机身
相机机身决定了最大像素，以我使用的a7r2为例，它所能提供的最大像素约为4218万，照片长宽像素最大为7954×5302。
2 镜头
用视角更广的镜头可以减少拍摄的张数节省时间，但相应最终拼接而成的图片像素比较低；用视角更窄的镜头可以提高最终图片的像素，但需要更多的拍摄次数，时间也会增加，光线和云彩的变化会直接导致工作失败。所以这是一个权衡，用合适的镜头，找合适的天气，才能让工作顺利完成。
制作
器材
1.一台单反（手动模式，存储raw格式，Bracketing mode至少能覆盖12个曝光值）
2.全幅相机配15mm左右的镜头，半幅相机配10mm左右的镜头最为理想
3.减光镜（拍摄有烈日的场景）
4.三脚架（最好带专业全景云台）
软件
修图
Photoshop/Lightroom
拼接
Autopano Pro
拍摄
我们需要在同一地点拍摄一组不同角度的照片，并且这些照片能拼接成360°全景图。我用的是sony a7RⅡ的机身和samyang 14 F2.8的镜头，镜头水平视角约105°，竖直视角约80°，计算可以得到水平方向每60°拍摄一次，拍摄6张，每两张之间有20°的重叠正适合用来做拼接过度，俯仰45°再各拍6张，共计 6×3=18张，用Cont. Brackrt : 3.0EV 5 Image模式去拍，总计18×5=90张；如果场景明暗跨度大需要用到Cont. Brackrt : 2.0EV 9 Image，总计18×9=162张。
镜头节点（nodal point）校准
既然要多角度旋转拍摄，那相机究竟该绕哪个轴旋转呢？相机必须要以通过镜头节点的铅垂线旋转，或者说镜头节点必须落在云台旋转轴上。
如何精准的找到镜头节点，这时候专业全景云台就派上用场了，镜头节点校准的具体操作大家可以百度，这里就不展开说了。如果我们手持拍摄或者使用普通云台，会因为无法校准镜头节点而产生视差（parallax error），给后期拼接带来很大麻烦。
曝光设置
将ISO感光度设置为100,光圈值设置在F8到F12之间以达到较高的锐度，曝光时间则由相机根据曝光值自动分配。
关于太阳
对于晴空烈日，即使将相机调整到最低的曝光值，拍到的太阳可能依然是过曝（clipping）的，这时候就需要用到减光镜了。
准备工作做充分，选择拍摄场地，拍摄过程其实很快。把照片导入到拼接软件，推荐PTgui pro或Autopano pro，可以看到初步的拼接效果。
拍摄的照片
拼接合成
初步效果
截止目前为止我们已经完成了拍摄工作，好的拍摄会让接下来的工作更加轻松。在下一篇文章中我将继续讲解修复、拼接、合成的工序，探讨决定HDR环境贴图品质高低的因素。
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