Lineare Arbeitsabläufe sind ein Verfahren zum Schattieren, Beleuchten und Rendern, das viele Vorteile gegenüber der direkten Arbeit mit nichtlinearen Videowerten wie sRGB bietet. Die Farbverwaltung ermöglicht einen linearen Arbeitsablauf durch die korrekte Umwandlung von Farben zwischen den verschiedenen Farbräumen für Eingabe, Rendering, Anzeige und Ausgabe.
Farbräume geben eine Farbe eindeutig an, und zwar in Bezug auf die primären Komponenten sowie den Weißpunkt, die Codierung und andere Attribute. So unterscheiden sich beispielsweise die primären Werte für Rot, Grün und Blau, die für ein sRGB-Bild auf einer Webseite verwendet werden, von denen eines P3-Digital-Cinema-Projektors, und auch die Umgebungslichtbedingungen für die Web- und Kinoansicht sind unterschiedlich. Trotzdem ist es möglich, Farben für die Anzeige auf einem Standardbildschirm oder einem Projektor präzise umzuwandeln, da sowohl die sRGB- als auch die DCI-P3-Farbräume gut charakterisiert sind. Um jedoch eine RGB-Dreiergruppe wie (0,5, 0,25, 0,25) richtig interpretieren zu können, muss der beabsichtigte Farbraum bekannt sein.
Moderne Renderer ahmen nach, wie Lichtdurchlässigkeit, Absorption, Reflexion und Refraktion in der realen Welt funktionieren. Die Beleuchtung in einer 3D-Szene sollte daher der tatsächlichen Beleuchtung im Freien oder im Studio sehr ähnlich sein, wobei die Farbwerte direkt proportional zur Menge der Lichtenergie sind. Dies wird als szenenbezogener linearer Arbeitsbereich oder kurz szenenlinear bezeichnet. In einem solchen Farbraum gibt es keine maximale Helligkeit: (1,0, 1,0, 1,0) ist die Farbe, die von einem typischen Beobachter, der vollständig an die Beleuchtung angepasst ist, als "weiß" angesehen wird, aber Lichtquellen und Spiegelreflexionen können viel heller sein.
Anzeigegeräte verfügen jedoch über eine maximale Helligkeit, die ebenfalls durch (1,0, 1,0, 1,0) oder (255, 255, 255) angegeben wird, wenn sie als 8-Bit-Ganzzahl ausgedrückt werden. Selbst auf einem HDR-Gerät ist dieser hellste Wert nicht annähernd so hell, wie es in der realen Welt vorkommen kann. Daher müssen die HDR-Werte der Szene für die Anzeige einem begrenzteren Bereich zugeordnet werden. Wenn Sie die Farbwerte einfach herunterskalieren, um sie an den Anzeigebereich anzupassen, erhalten Sie ein unangenehm "trübes" Bild. Dazu benötigen Sie eine Ton-Map mit fotografischer Reaktion.
Zusätzlich zu einem hohen Dynamikbereich ist es oft auch wünschenswert, einen Farbraum mit einem großen Farbspektrum zum Rendern zu verwenden. Dies ermöglicht die Darstellung von mehr Farben und ist besonders wichtig bei der Erstellung von Inhalten für digitales Kino und HDR-TV, die größere Farbspektren aufweisen als sRGB und HDTV (Rec. 709).
Bei Bildern, die als Eingabe für Texturen verwendet werden, ist möglicherweise eine Transformation erforderlich, um die Bilder aus dem Farbraum, in dem sie gespeichert wurden, in den Rendering-Raum zu konvertieren.
Während Sie arbeiten, müssen die Farben des Renderbereichs konvertiert werden, um eine nützliche Vorschau zu erhalten. Normalerweise benötigen Sie eine genaue Vorschau des endgültigen Bilds, manchmal möchten Sie jedoch auch eine andere Ansicht für Diagnosezwecke.
Für das endgültige Rendern können Sie eine Ausgabetransformation anwenden, je nachdem, wie die Dateien verwendet werden.
Die richtige Vorgehensweise für ein Eingabebild, z. B. eine Textur, hängt von der Verwendung des Bilds in der Szene ab. Sie hängt auch vom Bild selbst ab, einschließlich des aktuellen Farbraums, der Codierung und des Bildzustands (ob die Farbwerte proportional zu den in der Szene referenzierten Luminanzwerten oder den in der Anzeige referenzierten Luminanzwerten sind).
Auf Bilder, die für Nicht-Farbdaten verwendet werden, darf keine Transformation angewendet werden. Dazu gehören Relief-, Normalen- und Verschiebungs-Maps sowie Maps, die für andere Attribute wie Transluzenz, Glanzfarbe, Reflexionsvermögen usw. verwendet werden.
Im ersten Schritt werden die Werte, auf die sich die Szene bezieht, in einen auf die Anzeige bezogenen Raum konvertiert. Dies kann beispielsweise eine Tone Map zum Konvertieren von Farben aus einem dynamischen Bereich in den Bereich 0,0-1,0 sowie eine Änderung von Primärfarben umfassen.
Im zweiten Schritt werden die Werte für eine bestimmte Anzeige konvertiert. Dies kann eine weitere Änderung der Primärparameter, des entsprechenden Gammas und der Kodierung als geeignete Ganzzahlwerte beinhalten.
Bilder werden in der Regel unter Beleuchtungsbedingungen angezeigt, die wesentlich dunkler als eine Szene im Freien oder ein hell beleuchteter Filmsatz sind. Daher werden Tone Maps verwendet, um HDR-Werte in den Anzeigebereich zu komprimieren, wobei eine fotografische Reaktion ein angenehmes Bild erzeugt. Tone Maps wenden in der Regel eine S-förmige Kurve an, die Kontrast und Sättigung erhöht, um den niedrigeren Dynamikbereich und die dunkleren Anzeigebedingungen auszugleichen. Diese Kurve ordnet auch einen Wert von 1,0 im Renderbereich einem niedrigeren Wert zu, um im Anzeigebereich Platz für hellere Glanzlichter zu lassen.
Die einfache Anwendung von Gamma reicht nicht aus, um ein szenenlineares Bild vollständig für die Anzeige vorzubereiten. Ohne Tone Map bleiben Farbwerte über 1,0 über 1,0 und werden vom Bildschirm abgeschnitten.