一帧画面是怎么来的

UNIT 05灯光相机约 19 分钟 · 核心线

40 到 46 秒为什么一片亮？

把手机亮度拉到最大，屏幕上最白的那一格也就那么白；可正午的太阳亮得没法直视。渲染器算出来的亮度没有上限，屏幕有。红魔机甲片 v4 交给你以后，你一眼就看出来：「40-46秒之间是不是过曝了，一片亮」C23。你说的这六秒里，一片亮的是 43–46 秒那个从背后拍的镜头。这一课把那三秒拆开：亮度怎么塞进屏幕，塞不下的去了哪里，最后又为什么是改灯修好的。

红魔 v4 的 44.5 秒：整个画面是一片橙红到发白的光，中间的机甲和五片翅膀几乎被光吞掉，地板上有一块白色的长方形亮斑。
v4，44.5 秒。当时看片表上的一格（左上角是时间码）：背景一片橙白，机甲被光吃掉，地板上还有一块白色长方形。

05 · 1算出来的亮度没有上限

渲染器给每个像素算的，是有多少光到了镜头里，和真实世界一样，想多大就多大；这些数没有单位，只约定 1.0 是屏幕上的白。屏幕的每个像素是红、绿、蓝三个数（三个通道），每个只能从 0 到 1，写进一般的图片、视频是 0 到 255（每通道 8 位）。广州片正午的天空，用的是一张实拍的高动态范围（HDR）照片，每个像素存的是量出来的亮度。

这张天空照片里，太阳那一个像素，比旁边的天空亮多少倍？

  1. 三四倍：都是天上，差不多亮
  2. 几百倍
  3. 十几万倍

原图里太阳中心的亮度是 75,047，上半边天空的中位数是 0.34，差约 22 万倍（广州片自己的工具 hdri_sun.py 量的）。这么大的倍数，摄影里按档数（stop，也写作 EV）：亮一倍是一档，亮 210 ≈ 1000 倍是十档；22 万倍约 17.7 档。

05 · 2调亮一点，会怎样？

要把这么宽的亮度放进 0 到 1，第一步是曝光（exposure）：把所有亮度乘同一个数，Blender 里按档算，输出 = 亮度 × 2曝光。第二步最老实：超过 1 的一律当 1，Blender 叫它 Standard。先把曝光放在 −1 档：这张天空里被截断的像素约 3.5%，只有太阳和几片云边。嫌天空暗，最自然的想法是调亮一点。

曝光再加一档（所有亮度 × 2），被截断的像素会变成多少？

  1. 约 7%：亮了一倍，截断的也多一倍
  2. 约 30%
  3. 还是约 3.5%：本来到顶的只是更亮
曝光 −1 档：蓝天，太阳和几片云边发白。−1 档 · 3.5%
曝光 0 档：云大多变成白色平块，天空发白。0 档 · 30%
曝光 +1 档：几乎整幅画都是白和浅青色，云和天空分不开。+1 档 · 100%
直接截断，同一张天空。数字是有通道到顶（255）的像素比例。+1 档时连天空的蓝通道也到了顶；蓝不能再涨，红和绿还在涨，颜色就变淡，剩一片浅青。

截断的比例不是翻倍，是从 3.5% 跳到 30%，再加一档到 100%。这一幅取景里，九成像素最亮的那个通道（天空是蓝通道）落在 0.6 到 1.7 之间，就在 1 的两侧；曝光每加一档，一大片像素整批越过那条线。

「本来到顶的只是更亮」错在屏幕没有「更亮」：超过 1 的，不管是 1.2 还是 7 万，写进文件都是 255。

这就是过曝（overexposure）的准确意思：不是「太亮」，而是亮过屏幕的那一段被剪掉了，只剩一个值。在渲染器里那些数还在，换个曝光就回来；写进 8 位的帧、编码成片以后，就没了。

05 · 3不剪，把高光压弯

问题出在那一刀，那就别剪：让曲线在靠近 1 的地方慢慢弯过去，越亮挤得越紧，但永远分得出先后。这叫色调映射（tone mapping）。最简单的 Reinhard 把亮度 x 换成 x ÷ (1 + x)：1 变成 0.5，3 变成 0.75，7 万也到不了 1。这几个数说的还是光的多少（线性值）；写进屏幕之前，还要按人眼的感觉编码一次（上一节那条注），线性的 0.5 在屏幕上是 0.74。代价是不亮不暗的那一大片（中间调）也被一起往下压，亮暗拉不开，整幅画发灰。

Blender 5.2 推荐的是 AgX（旧的 Filmic 已标为弃用），广州片和红魔都用它，外加一个叫 Medium High Contrast 的对比度预设。实测它的曲线（下面都是写进屏幕的值，和上一段的 0.74 同一把尺）：亮度 0.18（摄影里的「中灰」）显示成 0.46，亮度 1 显示成 0.81（截断是 1，Reinhard 是 0.74），要到约 7.6（比 1 高 2.9 档）才到顶。

AgX，曝光 −1 档：蓝天白云，太阳周围亮但云有层次。−1 档 · 0.3%
AgX，曝光 0 档：更亮，云仍有明暗。0 档 · 0.7%
AgX，曝光 +1 档：整幅画发白发灰，但云的轮廓还在。+1 档 · 1.5%
同一张天空换成 AgX。到顶的只剩太阳附近；可亮过头的画面会整体发白发灰——曲线保住了层次，没替你选对曝光。

颜色也跟着变。红魔的背景板是红色发光板，红、绿、蓝大约 1 : 0.05 : 0.02，越调越亮时：截断下红通道先到顶，那一点点绿还在涨，它往橙、往黄走；AgX 把太亮的颜色往白里收，它往粉、往白走。

05 · 4一片亮：辉光阈值

回到红魔。v4 用的就是 AgX，按说不该一片白。可它渲完以后还要过一道后期脚本 grade.py，加辉光（bloom）：屏幕值里最亮的那个通道超过 0.72（255 里的 184）的像素，按超出多少取一部分亮光，用大、中、小三种范围糊开，再乘 0.8 加回画面。它本来是给眼睛、发光的缝这些小亮点加一圈光的。

下面是 43–46 秒的重建。镜头在机甲背后；机甲另一边、在它和远处的红色背景板之间，是一块 6 × 4 米的红色平板灯（面光），朝着镜头照过来——这就是背光，它本身设成了镜头看不见，只看得见它照亮的东西和它的倒影。灯的位置、功率、颜色，背景板的发光写法，相机，都照抄当时的脚本；只有机甲是方块搭的替身。它停在 v4 的灯上。

暗房红魔 43–46 秒（按当时的脚本重建）
来自材料
红魔 set_mech.py、rmlib/stage.py 里的背光、背景板（46 × 22 米，16 米外，中心最亮往外渐暗）、照机甲的五盏灯、反射卡和相机；三组灯的数出自脚本和改动记录；辉光照搬 grade.py。天空是广州片正午那张（Poly Haven，CC0）。
本实验的设定
机甲是替身，没搭机库。在 Mac 上用 Blender 5.2 按灯分组各渲一张，这里按强度加回去——光是能叠加的，分开渲再加，和一次渲完只差在噪点和降噪上，平均 2–3%。AgX 是先让 Blender 对二十多万个颜色各算一次、存成表，这里查表，和它直接出图平均差不到 0.3 / 255。grade.py 的暗角、彩边、颗粒没做。
它能证明
在这套灯和这条后期上，哪些改动让画面一片亮、哪些把它救回来；曝光和改灯的差别。
它不能证明
真机甲的每一处高光：v4 的机甲、材质和环境都和这里不同，画面只像，不一样。

看读数：v4 的灯下，超过阈值的像素约三分之二。背景板最亮处的红通道是 2.8（系数 3.0 乘上渐变），过了 AgX 显示成（255, 152, 134）——三个数是红、绿、蓝，红是 255，也就是 1.0，早就过了 0.72。辉光于是给大半幅画都加了光，把剩下的层次冲掉。把强度拨到 0：背景只剩粉红，不再一片白。

05 · 5最后是改灯修好的

v5 第一次动手，改的是灯：背光从 22000 W 降到 5000 W，背景板从 3.0 降到 0.9，都降了两档左右。

其余不动（机甲的灯、反射卡、辉光阈值 0.72 都还在）。v5 第一次的 43–46 秒会是什么样？

  1. 已经是暗红背景前的剪影了：降了两档，够了
  2. 还是过亮：中间一团白，地板上一块白
  3. 比 v4 还亮

交片前的自查发现：还是过亮 C23。中间就是这一版，右边是再改一轮后的定稿。

v4：整个画面橙白一片，机甲被光吞掉。v4背光 22000 W · 背景板 3.0
v5 第一次：背景变成红色，但机甲身后还有一团白光，脚下地板上一块白色长方形。v5 第一次5000 W · 0.9
v5 定稿：暗红的背景前，机甲是深色剪影，边缘和翅膀有细细的红色和银色反光。v5 定稿2000 W · 0.42 · 机甲的灯 15%

在暗房里把「当时的灯」换成 v5 第一次：背景板最亮处是（221, 60, 15），红通道 0.87，还在阈值上面；地板上的白色长方形是背光在光滑地板上的倒影，降了两档，那一块的亮度还在 20 上下，比 AgX 到顶要的 7.6 还高得多。

定稿那一轮又改了几样（改动记录：背光 2000 W 且对反射不可见、背景板 0.42、照在机甲上的前方的灯降到 15%、反射卡隐藏）：

43–46 秒的灯：v4 → v5 定稿
改了什么v4定稿差几档
背光（6 × 4 米的红色面光）22000 W2000 W−3.5
背景板的发光系数3.00.42−2.8
照在机甲上的五盏灯（主光、两条长条灯、顶光、红色轮廓光，只照机甲）100%15%−2.7
反射卡在这三秒藏起来—
背光出现在反光里是否—

后两样不是调亮暗，是决定光被谁看见。一盏灯可以照亮东西、却不出现在反光里：关掉背光在反光里的可见性，地板上的倒影没了，地板照样被照红（倒影是长方形，因为灯是长方形的：灯越大，倒影越大，影子边也越软）。反射卡是只在反光里出现的发光板，给金属一点东西可照；藏起来，黑漆盔甲只剩边缘一线反光。背景板 0.42 过了 AgX 是（164, 26, 0），最亮的通道 0.64，刚好落到阈值下面——这是暗房算的，当时的记录只写了「再减半」。

只拉曝光行不行？看表的前三行，三样都降了差不多三档——光看这三行，和整体暗三档差不多，曝光也做得到。做不到的是后两行。暗房里选 v4、曝光拉到 −3 档：背景板和机甲都暗下去了，可到顶的还有 5% 左右（定稿只有 1%），几乎全是地板上那块倒影——它比背景板亮几十倍，除以 8 还是到顶。再把「背光出现在反光里」关掉，到顶的就降到 1%。曝光把所有东西乘同一个数，比例不变；谁该出现在反光里，只能在灯上改。

05 · 6窗口要跟着光走

屏幕只显示一段亮度——这一节管它叫「窗口」——曝光决定这一段落在哪，所以曝光得跟着光走。太阳的方位和高度按日期、钟点、经纬度就能算：广州 9 月 26 日中午约 65°、偏南，18:00 只剩约 4°。广州片按太阳高度给每帧定曝光（sky.py），还按钟点把一天分成八段、换上七张天空照片（入夜前后两段共用一张），每张都转到那个钟点的太阳方位上：

广州片：太阳高度 → 曝光
太阳高度曝光（档）这时候
60°−0.8正午前后
25°−0.5下午
10°0傍晚
0°+1.0落山
−6°+1.8天刚黑
−12°+1.9入夜

暗房的「04 换一张图」切到那张正午的天空，曝光自动停在 −0.7 档：这张照片是在别处拍的，照片里太阳高 48°，在表里 25° 的 −0.5 和 60° 的 −0.8 之间按比例取，就是 −0.7（广州片实际按它自己算的太阳高度定曝光）。下面几次毛病，都是窗口和光没对上。另记一条：发光的不一定能当灯用。红魔的背景板在 Cycles 里就是面光源，自己把地板照红了；游戏引擎里一个小而亮的发光灯罩，却照不亮一条街。

窗口和光对不上的几次
案例看到的出在哪怎么修的
C34《拾光》打包版晚上九点半一片白曝光按钟点提亮了，可太阳一直挂着（打包版按名字找不到它）认编号找太阳（文章里的说法）
C33太阳一落山，天立刻全黑低于地平线 1° 就关掉太阳；晚霞要靠地平线下的太阳算太阳一直开着
C09广州网页版夜里山体、树冠死黑没有天光、月光：零乘任何曝光还是零加一盏月光
C32《拾光》夜里灯罩亮着，街道却一片黑；主角成了黑剪影灯罩是小而亮的发光材质，引擎算它的光又吵又没有影子；点光源放好以后，主角仍比身后的背景暗得多按灯罩的位置放 240 盏点光源；再加一盏只照主角的补光
C39预告片预演里主角在逆光树荫里只剩黑影机位和路线：人在暗处，身后是亮天正式录制前，先低分辨率跑一遍、每个镜头抽 4 帧拼成一张检查，挑出来

带走一个问题

一张渲染：人站在窗前，脸刚好，窗外的天一片死白。想把窗外的云找回来，你能想到几种改法？每一种会顺带改变画面里的什么？（想一想：哪些是乘所有东西的，哪些只动一盏灯，哪些只能在渲染器里做、成片上做不了。）

不看上面，写下这一课撞上的几堵墙，再展开对照
  1. 调亮一点 → 屏幕没有「更亮」：超过 1 的一律 255，到顶的一片整批变大，层次被剪掉。
  2. 成片上再压暗 → 剪掉的救不回来，白的变成一片灰；要救只能回渲染器。
  3. 用色调映射压弯高光 → 多留几档，但辉光阈值按屏幕值算：画面大半过了 0.72，整幅一起发光。
  4. 只拉曝光 → 所有东西一起乘，比例不变；地板上的倒影要在灯上关掉，反射卡要藏起来。
  5. 曝光按时间定 → 光没跟上（太阳没落、没有月光），窗口就落在错的地方。