HDR 与 Tonemapping

显示器能显示的颜色范围是有限的（0.0–1.0），但真实世界的光照强度远超这个范围——太阳、灯泡、自发光材质的亮度可能是普通表面的几百倍。HDR（High Dynamic Range，高动态范围）渲染让这些超高亮度值在计算过程中保留下来，最终通过 Tonemapping（色调映射）压缩回显示器能显示的范围。

启用 HDR

在 Bevy 中，HDR 是一个组件标记——把 Hdr 加到相机实体上即可：

use bevy::{
    core_pipeline::tonemapping::Tonemapping,
    prelude::*,
    camera::Hdr,
};

fn main() {
    App::new()
        .add_plugins(DefaultPlugins)
        .add_systems(Startup, setup)
        .add_systems(Update, switch_tonemapping)
        .run();
}

fn setup(
    mut commands: Commands,
    mut meshes: ResMut<Assets<Mesh>>,
    mut materials: ResMut<Assets<StandardMaterial>>,
) {
    commands.spawn((
        Camera3d::default(),
        Hdr,
        Tonemapping::TonyMcMapface,
        Transform::from_xyz(2.0, 2.5, 5.0).looking_at(Vec3::ZERO, Vec3::Y),
    ));

    commands.spawn((
        DirectionalLight {
            illuminance: 15000.0,
            ..default()
        },
        Transform::from_rotation(Quat::from_euler(
            EulerRot::ZYX,
            0.0,
            -0.5,
            -0.5,
        )),
    ));

    let bright = materials.add(StandardMaterial {
        base_color: Color::srgb(0.8, 0.2, 0.1),
        emissive: LinearRgba::rgb(5.0, 1.0, 0.5),
        ..default()
    });
    let normal = materials.add(Color::srgb(0.3, 0.5, 0.3));
    let sphere = meshes.add(Sphere::new(0.5));

    commands.spawn((
        Mesh3d(sphere.clone()),
        MeshMaterial3d(bright),
        Transform::from_xyz(-1.2, 0.5, 0.0),
    ));
    commands.spawn((
        Mesh3d(sphere),
        MeshMaterial3d(normal),
        Transform::from_xyz(1.2, 0.5, 0.0),
    ));
    commands.spawn((
        Mesh3d(meshes.add(Plane3d::default().mesh().size(10.0, 10.0))),
        MeshMaterial3d(materials.add(Color::srgb(0.2, 0.2, 0.2))),
    ));

    commands.spawn((
        Text::default(),
        Node {
            position_type: PositionType::Absolute,
            top: px(12),
            left: px(12),
            ..default()
        },
    ));
}

fn switch_tonemapping(
    mut text: Single<&mut Text>,
    tonemapping: Single<&Tonemapping>,
    keys: Res<ButtonInput<KeyCode>>,
) {
    let name = match **tonemapping {
        Tonemapping::None => "None",
        Tonemapping::Reinhard => "Reinhard",
        Tonemapping::ReinhardLuminance => "ReinhardLuminance",
        Tonemapping::AcesFitted => "AcesFitted",
        Tonemapping::AgX => "AgX",
        Tonemapping::SomewhatBoringDisplayTransform => "SomewhatBoringDisplayTransform",
        Tonemapping::TonyMcMapface => "TonyMcMapface",
        Tonemapping::BlenderFilmic => "BlenderFilmic",
        Tonemapping::KhronosPbrNeutral => "KhronosPbrNeutral",
    };
    text.0 = format!("Tonemapping: {name}\n(1-8 to switch)");
    let _ = keys;
}

Listing 26-1：HDR 相机与 TonyMcMapface 色调映射

Hdr 组件告诉渲染管线使用浮点帧缓冲区，保留超出 0–1 范围的亮度值。没有 Hdr，所有超过 1.0 的颜色会被直接截断，后续的 Bloom 等效果将无法正确工作。

Tonemapping 枚举

Tonemapping 是一个组件，挂在相机实体上，决定如何把 HDR 值压缩到显示器范围。Bevy 内置了多种算法：

枚举值	特点
None	不做映射，直接截断。高亮区域过曝、颜色失真
Reinhard	经典算法，简单但会丢失亮部细节
ReinhardLuminance	基于亮度的 Reinhard 变体，保留色相更好
AcesFitted	ACES 电影级映射，对比度高、色彩风格化明显
AgX	中性、低色相偏移，适合写实风格（需 tonemapping_luts feature）
TonyMcMapface	Bevy 默认。中性、低对比度、亮部自然去饱和
BlenderFilmic	Blender 默认的电影级映射

默认值是 TonyMcMapface，它在大多数场景下表现均衡。如果想要更强烈的电影感，可以尝试 AcesFitted；追求写实中性则选 AgX。

自发光与 HDR 的配合

HDR 渲染的意义在于保留亮度信息。StandardMaterial 的 emissive 字段接受 LinearRgba，其分量可以远超 1.0：

StandardMaterial {
    emissive: LinearRgba::rgb(5.0, 1.0, 0.5),  // 亮度是普通白色的 5 倍
    ..default()
}

这些超亮值在 Tonemapping 之前保留完整精度，是 Bloom 效果的前提——Bloom 需要识别"比周围亮得多"的区域来生成辉光。