Как работает пленочное зерно в Dehancer Pro

[this article in english]

Имитировать плёночное зерно в цифровом изображении можно разными способами. Так или иначе они сводятся к одному из двух принципов:

1. Наложение сканированного зерна.
2. Генерация зерна.

Оба подхода имеют право на существование, обладают своими плюсами и минусами. На первый взгляд, сканированное зерно максимально «честное». Но каким бы оно не было настоящим, существует такое зерно отдельно от изображения, никак с ним не связано, а значит всегда будет выглядеть как наложенное. Так же при наложении сканированного зерна возникают существенные ограничения по управлению его размерами, фактурой, плотностью и другими параметрами.

После многолетнего изучения свойств эмульсии кино/фото-пленок и экспериментов по их печати и сканированию, нам удалось создать достоверную математическую 3D-модель, которая позволяет генерировать «аналоговое» зерно и гибко им управлять.

Эта модель базируется на принципах, определяющих аналоговые свойства эмульсии. Вот некоторые из них:

• Зерно не накладывается на изображение. Изображение состоит из зерна. Один из ключевых выводов (но не единственный), который из этого следует — детализация изображения зависит от размера зерна, и обычно видимые детали не превышают размер зёрен.
• Эмульсия пленки имеет определенную толщину, то есть не является плоской. При прохождении через слои эмульсии свет определенным образом преломляется и переотражается.
• Галогениды серебра (а также гранулы красителей) обладают объемом. Соответственно, по-разному повернуты относительно плоскости эмульсии и неизбежно отбрасывают тень.
• Гранулы зерна бывают разной формы — классические округлые и «плоские» T-формы.
• Распределение галогенидов серебра неравномерно в толще эмульсии. Галогениды не существуют по отдельности, образуя сложные формы конгломераций.
• Зерно всегда присутствует в ярких светах, поскольку эти области соответствуют максимальному почернению негатива, то есть максимальному скоплению галогенидов серебра. Которые неизбежно оставляют след на позитивном изображении при печати с пленки на пленку (или с пленки на бумагу). При этом, в силу особенностей восприятия человека, в самом светлом тональном диапазоне зерно менее различимо (но не может отсутствовать вовсе).
• Зерно всегда присутствует в глубоких тенях, поскольку эти области соответствуют минимальному почернению негатива, то есть минимальному скоплению галогенидов серебра (максимальной прозрачности негатива). Соответственно, при печати позитивного изображения с пленки на пленку (или с пленки на бумагу) печатный носитель максимально засвечивается в тенях. Тем самым проявляются зерновые свойства печатного носителя, в совокупности со следом исходного негатива.

Наш алгоритм генерит зерно на основе локальных цвето-яркостных характеристик изображения, таким образом оно всегда с ним связано.

Гранулы генерятся в 3D-модели в объемном виде. Каждая гранула поворачивается относительно плоскости изображения на определенный угол. Гранулы случайным образом смещаются в разные стороны и образуют кластеры. На полученную структуру «галогенидов» накладывается текстура исходного изображения (не наоборот) с учетом переотражения и рассеивания света в слоях «эмульсии». В процессе имитации печати исходно негативное зерно становится позитивным и встраивается в изображение как его неотъемлимая часть, то есть не выглядит как наложенное.

С одной стороны, генерация зерна позволяет избежать необходимости использования довольно больших по объему файлов сканов, которые необходимо включать в дистрибутив инсталлятора. Ведь в этом случае, чтобы не было визуальной повторимости, потребовались бы десятки или даже сотни сканов высокого разрешения. А также дополнительные ухищрения — их повороты, зеркальные отражения для каждого фрейма и т.д.

С другой стороны, генерируемое зерно требует вычислительных ресурсов и неизбежно замедляет работу плагина. Впрочем, нам удалось вместить эти потери всего лишь в пределы 5% от общей производительности плагина.

Как это работает?

На сегодняшний день плагин Dehancer Film позволяет управлять шестью основными параметрами зерна:

• Size. Размер зерна. Этот параметр определяет размер гранул галогенидов серебра. Более высокое значение Size соответствует более светочувствительной (и, соответственно, более зернистой) пленке.
• Amount. Количество зерна. Общая степень воздействия алгоритма, эмулирующая оптическую плотность.
• Shadows / Midtones / Highlights. Количество зерна в тенях, светах и среднем тоне.
• Chroma. Цветовой контраст (цветность) зерна. Этот параметр определяет плотность красителя в пределах гамута выбранной пленки.

Размер зерна автоматически рассчитывается исходя из геометрического размера изображения, с которым идет работа (размера проекта / таймлинии).

Продемонстрируем влияние параметров зерна на конкретном примере. Для того, чтобы воздействие было наглядным, мы будем рассматривать увеличенный фрагмент изображения. В котором присутствуют относительно глубокие тени, относительно яркие света и средний тон, а также мелкие детали.

Параметры зерна по умолчанию предполагают относительно деликатное воздействие с минимальным значением размера зерна Size = 1 и примерно соответствуют высокочувствительной (то есть зернистой) кинопленке формата между 35 и 70 мм.

Так как зерно обладает фактурой и образует структуру, минимальный размер гранул имеет определенный размер и описывается группой пикселей. Зерно не может быть меньше определенного размера, так как это превратило бы его в шум.

Максимальное значение Amount = 100 увеличивает оптическую плотность зерна до его полной непрозрачности:

При больших значениях Amount хорошо видна неоднородность распределения зерна в слоях эмульсии и кластерные образования.

Мы можем управлять зерном раздельно в тенях, светах и среднем тоне. Например, вот так работает снижение зерна в тенях до минимального уровня (Shadows = 0):

При увеличении количества зерна в тенях до Shadows = 100 гранулы становятся более заметными в самых темных областях. При этом на изображении не появляются провалы в области чёрного — именно так работает настоящая пленка, без «клиппинга».

Соответственно, при значительном добавлении зерна в тенях, за счет появления новых деталей, роль которых играют гранулы, общая черная точка изображения может незначительно повышаться, если изначально она была абсолютно чёрной.

Максимальный размер зерна Size = 10 примерно соответствуют высокочувствительной (то есть зернистой) кинопленке формата между 8 и 4 мм (если бы такая пленка существовала). Мы специально сделали максимальный размер довольно большим, чтобы было больше гибкости при управлении зерном.

При максимальных значениях Size = 10 и Amount = 100 хорошо видно, что гранулы зерна в Dehancer Film имеют объем. При этом общая текстура формируется не отдельными зернами, а кластерами. Это связано с естественными неравномерностями при поливе эмульсии, а также физико-химическими процессами экспонирования и обработки пленок.

В Dehancer гамут (цветовой охват), а также цветоконтрастные характеристики красителя пленки и зерна соответствует гамуту выбранной пленки. Если зерно используется без пленки, максимальное значение Chroma соответствует гипотетической цветной пленке со сверхнасыщенными красителями.

Вместе с тем вы можете управлять цветностью зерна с помощью параметра Chroma, который определяет цветовой микроконтраст гранул красителя.

Минимальное значение Chroma = 0:

Максимальное значение Chroma = 100:

Инструмент Film Grain позволяет управлять не только параметрами зерна, но и его типом. Значение Negative эмулирует зерно, более характерное для процесса, начинающегося со съемки на негативную плёнку. Значение Positive, соответственно, эмулирует более сдержанное зерно, характерное для съёмки сразу на позитивную плёнку.

Film Type = Negative

Film Type = Positive

В некоторых случаях в приоритете оказывается скорость работы инструмента Film Grain, а качество и правдоподобность зерна отходят на второй план. Например, грейдинг для Youtube, где зерно сжимается алгоритмами сервиса при загрузке видеофайла. Для таких ситуаций мы добавили параметр Film Mode, который позволяет выбрать упрощённое, но достаточно быстрое экспериментальное зерно цифрового типа.

Mode = Analogue

Mode = Digital (experimental)

Описанные параметры позволяют аккуратно настраивать зерно в очень широких пределах от почти чистого до сильно зернистого изображения. При этом любая их комбинация будет давать похожий на настоящее зерно результат — настолько, насколько это в принципе возможно при работе с цифровым изображением.

Пример наложения крупного зерна в динамике можно посмотреть в следующем видеоролике (не забудьте развернуть на всё окно, чтобы разглядеть зерно):

Update:

Оптическое разрешение любой пленки зависит не только от размера зерна, но и от многих других характеристик — типа эмульсии, толщины основы и т. д. Поэтому мы добавили параметр Film Resolution в инструмент Film Grain.

Параметр Film Resolution, установленный на 100, сохраняет исходный уровень детализации изображения. Понижение Film Resolution приводит к постепенной потере деталей и более размытому изображению. Зоачение Film Resolution = 50 соответствует визуальной резкости в предыдущих версиях Dehancer.

Поскольку мельчайшие детали на пленке не могут быть меньше размера зерна, рекомендуется всегда немного уменьшать параметр «Разрешение» в соответствии с текущими настройками Size и Amount.

Вы можете не беспокоиться о своих проектах, это обновление не влияет на текущие настройки.