ブルーム（シェーダー効果）

ブルーム（ライトブルームやグローとも呼ばれる）は、ビデオゲーム、デモ、ハイダイナミックレンジレンダリング（HDRR）で使用されるコンピュータグラフィックス効果であり、現実世界のカメラの画像アーティファクトを再現するために使用されます。この効果は、画像内の明るい領域の境界から広がる光の縞（または羽毛）を生成し、シーンを捉えているカメラや目を圧倒する非常に明るい光のような錯覚に貢献します。 2004年にTron 2.0の作者によってこの技術に関する記事が公開されて以来、ビデオゲームで広く使用されるようになりました。^[1]

ブルームの潜在的な原因として 2 つが知られています。

ブルーム現象の物理的根拠の 1 つは、現実世界ではレンズが完璧に焦点を合わせることができないことです。完璧なレンズであっても、入射した画像はエアリー ディスク(点光源を円形の開口部に通すことで生成される回折パターン)で畳み込まれます。 ^[2]通常の状況では、これらの欠陥は目立ちませんが、非常に明るい光源では欠陥が目立ちます。その結果、明るい光の画像は自然な境界を超えてにじんで見えます。

エアリー ディスク関数は急速に減衰しますが、非常に広い裾野 (実際には無限に広い裾野) があります。画像の隣接部分の明るさがほぼ同じ範囲にある限り、エアリー ディスクによるぼかしの影響は特に目立ちませんが、非常に明るい部分が比較的暗い部分に隣接している画像の部分では、エアリー ディスクの裾野が目立ち、画像の明るい部分の範囲をはるかに超えて広がることがあります。

HDRR画像では、画像を固定範囲ピクセルに変換する前に、エアリー ディスクのウィンドウカーネル(非常に高性能なレンズの場合) で画像を畳み込むか、ガウス ブラー(それほど完全ではないレンズの効果をシミュレートするため) を適用することで、効果を再現できます。ブリードの量は画像の明るい部分の明るさによって異なるため、 非HDRRイメージング システムでは効果を完全に再現することはできません。

たとえば、室内で写真を撮る場合、窓越しに見える屋外の物体の明るさは、室内の物体の明るさの 70 ～ 80 倍になることがあります。室内の物体に合わせて露出レベルを設定すると、画像の生成に使用されているカメラのエアリー ディスクと畳み込むと、窓の明るい画像が窓枠を越えてにじみ出てきます。

デジタルカメラのブルームは、カメラの画像センサーの光感応素子であるフォトダイオードの電荷のオーバーフローによって発生します。^[3]フォトダイオードが非常に明るい光源にさらされると、蓄積された電荷が隣接するピクセルに溢れ、ハロー効果が発生します。これは「電荷の流出」として知られています。

ブルーム効果は、ピクセルが小さいカメラでは電荷を分散させる余地が少ないため、より顕著になります。また、ISO 設定が高いとカメラの光に対する感度が高まり、電荷の蓄積が増える可能性があるため、ブルーム効果は悪化することもあります。

ブルーム効果は画像によっては目障りになることもありますが、創造的に使用して写真に夢のような、または異世界のような雰囲気を加えることもできます。

現在の世代のゲームシステムは、浮動小数点フレームバッファを使用して3Dグラフィックスをレンダリングし、HDR画像を生成することができる。ブルーム効果を生成するために、フレームバッファ内の線形HDRR画像は、RGB空間に変換する前に、後処理ステップで畳み込みカーネルで畳み込まれる。畳み込みステップでは通常、リアルタイムグラフィックスには実用的ではない大きなガウスカーネルを使用する必要があるため、プログラマは近似法を使用する必要がある。^[4]

ブルーム効果を使用した最も初期のゲームには、プリレンダリングされた CGIゲームのRiven（1997）^[5] 、ボクセルゲームのOutcast （ 1999）^[6]、リアルタイム 3DポリゴンゲームのThe Bouncer（2000）^[7]、Ico ^{（2001） [8]}などがあります。ブルームは、2004年にTron 2.0の作者によってこの手法に関する記事が公開され、ゲーム開発コミュニティ内で普及しました。^{[1]ブルームライティングは、} Quake Live、Cube 2: Sauerbraten、Springゲームエンジンなど、多くのゲーム、Mod、ゲームエンジンで使用されています。

この効果は第7世代のゲームで人気があり、 ^[9] 2005年から2010年代初頭にかけてリリースされました。この時期のいくつかのゲームは、この手法の過剰使用について批判を受けています。RollerCoaster Tycoon 3 (2005) の重いブルーム照明は、当時GameSpotによって「不快」と評されました。^{[10] Gaming Bolt は、このトレンドを世代とともに廃れたギミックと表現し、} The Elder Scrolls IV: Oblivion (2006)、Burnout Revenge (2006)のXbox 360移植版、Twilight Princess (2006)などの当時の主要リリースでのこの手法の多用を批判しました。Syndicate (2012)も「目が溶ける」ほどのブルームを特徴としていると評されています。^{[11] [12]}

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• トーンマッピング

• リアルタイムグロー