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ひとことで
計算上の明るさ（太陽は数万、室内の照明は数十、暗い影は 0.01 …）は非常に広い範囲にわたりますが、画面が表示できるのは 0〜1 だけです。トーンマッピングは、この広い明るさの範囲を、画面に表示できる範囲へなめらかに圧縮する処理です。そのまま 1 で切り捨てると明るい部分が真っ白に飛んでしまうので、フィルムや目の感じ方をまねた曲線で、明るい部分にも階調を残します。
ゲームでの使いどころ
- 物理ベースの照明（HDR レンダリング）：PBR で現実的な明るさの差（屋外と屋内、太陽と影）を計算するゲームでは必須です。
- 明暗差の大きい場面：暗い洞窟から明るい外を見る、夜の街のネオン、爆発の閃光。
- 自動露出との組み合わせ：画面の平均的な明るさに合わせて露出を変え（暗い所に入ると目が慣れる）、その後でトーンマッピングする。
- 作品の見た目：ACES のコントラストの強い映画調、AgX の自然な色の飛び方など、選ぶ曲線で画面の印象が変わる。
しくみ
入力の明るさ （露出を掛けた後）を、0〜1 の出力 に写す曲線を使います。
| 方式 | 特徴 |
|---|---|
| 切り捨て（Linear） | 。1 を超えるとすべて同じ白になる |
| Reinhard | 。単純で白飛びしないが、全体に眠い画になる |
| ACES Filmic | 映画業界の規格に基づく S 字曲線。暗部を締め、明部を緩やかに圧縮する。明るい色は黄色や白へ寄る |
| AgX | 明るい色が自然に白へ向かって彩度を落とす。Blender 4 の標準 |
| Khronos PBR Neutral | 0.8 程度までは元の色をほぼそのまま保ち、それ以上だけを圧縮する。製品の色を正確に見せたいときに向く |
多くの曲線は「暗い部分はほぼそのまま（または少し締める）、明るくなるほど緩やかに 1 に近づける」形です。
露出：トーンマッピングの前に、明るさ全体に係数（）を掛けます。カメラの露出と同じで、暗い場面では上げ、明るい場面では下げます。
色の扱い：RGB を別々に曲線に通すと、明るい色ほど彩度が落ち、色相もずれます（明るい青が水色〜白になる）。これを「好ましい」とみなす方式（ACES）と、色相をなるべく保つ方式（AgX、Neutral）があります。
実装のポイント
- 計算はすべて線形の HDR で：照明の計算、ブルーム、モーションブラーなどは、浮動小数点のバッファにトーンマッピング前の値で行い、最後に 1 回だけトーンマッピングします。
- UI はトーンマッピングしない：UI やテキストはトーンマッピングの後に描きます。
- 自動露出：画面の平均輝度（対数平均やヒストグラム）を求め、ゆっくり追従させると、明暗の移動が自然になります。
つまずきやすい点
- 二重のトーンマッピング：レンダーターゲットに描くときと最後の表示で 2 回かけると、画が眠くなります。
- 白が白くならない：Reinhard では、入力がかなり大きくても出力が 1 に届かず、白い物がくすみます。白の明るさを指定する拡張版を使います。
- ACES の色ずれ：明るい青や赤が不自然な色になりやすく、エフェクトの色が狙いと変わることがあります。
デモで試すこと
- 「なし（1 で切り捨て）」では、投光器の当たった床や看板が真っ白に飛んで、形が分かりません。「白飛びした画素を表示」をオンにすると、赤い斜線の範囲が広いことが分かります。
- ACES Filmic、AgX、Neutral に切り替えると、明るい部分に階調が戻ります。右下のグラフで、曲線が明るい側で緩やかに寝ていることが分かります。
- 「露出」を上げ下げすると、画面全体の明るさが変わり、白飛びする範囲も変わります。