Преобразования цветового пространства HDR приводят к отрицательным значениям RGB (от Yxy до XYZ к sRGB)

Question

В настоящее время я добавляю HDR к старому движку и наткнулся на проблему преобразования цветового пространства.

1. Я определяю свои огни в цветовом пространстве Yxy
2. Затем я конвертирую Yxy в XYZ
3. Преобразование XYZ в sRGB.
4. Использование значений RGB> 1.0 при рендеринге и нормализации результата с отображением тона в конце.

Я работаю с довольно большими числами, поскольку основным источником света является солнце с освещенностью до 150 тыс. Люкс.

Функция YxyToXYZ

osg::Vec3 YxyToXYZ( const osg::Vec3& Yxy )
{
    if ( Yxy[2] > 0.0f )
    {
        return osg::Vec3( Yxy[0] * Yxy[1] / Yxy[2] , Yxy[0] , Yxy[0] * ( 1.0f - Yxy[1] - Yxy[2])  / Yxy[2] );
    }
    else
    {
        return osg::Vec3( 0.0f , 0.0f , 0.0f );   
    }
}

XYZtosRGB

osg::Vec3 XYZToSpectralRGB( const osg::Vec3& XYZ )
{
    // Wikipedia matrix
    osg::Vec3 rgb;
    rgb[0] = 3.240479  * XYZ[0] - 1.537150 * XYZ[1] - 0.498535 * XYZ[2];
    rgb[1] = -0.969256 * XYZ[0] + 1.875992 * XYZ[1] + 0.041556 * XYZ[2];
    rgb[2] = 0.055648 * XYZ[0]  - 0.204043 * XYZ[1] + 1.057311 * XYZ[2];

    std::cout << "newrgb rgb r:" << rgb[0] << " g:" << rgb[1] << " b:" << rgb[2] << std::endl;

    // The matrix in pbrt book p. 235 gives unexpected results. We expect that if we have
    // x = y = 0.33333 we get a white pixel but that matrix gives red. Hence we use a different
    // matrix that is often used by 3D people
    rgb[0] = 2.5651  * XYZ[0] -1.1665 * XYZ[1] -0.3986 * XYZ[2];
    rgb[1] = -1.0217 * XYZ[0] + 1.9777 * XYZ[1] + 0.0439 * XYZ[2];
    rgb[2] = 0.0753 * XYZ[0]  -0.2543 * XYZ[1] + 1.1892 * XYZ[2];

    std::cout << "oldrgb rgb r:" << rgb[0] << " g:" << rgb[1] << " b:" << rgb[2] << std::endl;

    return rgb;
}

Тестовые образцы:

Yxy Y:1 x:1 y:1
XYZ X:1 Y:1 Z:-1
newrgb rgb r:2.20186 g:0.86518 b:-1.20571
oldrgb rgb r:1.7972  g:0.9121  b:-1.3682

Yxy Y:25 x:0.26 y:0.28
XYZ X:23.2143 Y:25 Z:41.0714
newrgb rgb r:16.3211 g:26.106  b:39.616
oldrgb rgb r:14.0134 g:27.5275 b:44.2327

Yxy Y:3100 x:0.27 y:0.29
XYZ X:2886.21 Y:3100 Z:4703.45
newrgb rgb r:2242.7  g:3213.56 b:4501.09
oldrgb rgb r:1912.47 g:3388.51 b:5022.34

Yxy Y:6e+06 x:0.33 y:0.33
XYZ X:6e+06 Y:6e+06 Z:6.18182e+06
newrgb rgb r:7.13812e+06 g:5.69731e+06 b:5.64573e+06
oldrgb rgb r:5.92753e+06 g:6.00738e+06 b:6.27742e+06

Вопрос:

1. Я полагаю, отрицательные значения должны быть просто обрезаны? Или у меня ошибка в моих расчетах?
2. 2 матрицы дают одинаковые, но разные значения (основные цвета очень близки к sRGB). Я хотел бы заменить старую матрицу (я понятия не имею, откуда она взялась) на вики. Кто-нибудь знает, откуда исходит старая матрица и какая будет правильной?
3. Я нашел частичный ответ @ Yxy в преобразование RGB, которое звучит как от бывшего коллеги :), но не решает моих проблем.

Большое спасибо

Answer 1

Ваш newrgb rgb вычисления верны, я получаю тот же вывод, используя Color:

import colour

xyY = (1.0, 1.0, 1.0)
XYZ = colour.xyY_to_XYZ(xyY)
print(colour.XYZ_to_sRGB(XYZ, apply_encoding_cctf=False))

xyY = (0.26, 0.28, 25.0)
XYZ = colour.xyY_to_XYZ(xyY)
print(colour.XYZ_to_sRGB(XYZ, apply_encoding_cctf=False))

xyY = (0.27, 0.29, 3100.0)
XYZ = colour.xyY_to_XYZ(xyY)
print(colour.XYZ_to_sRGB(XYZ, apply_encoding_cctf=False))

xyY = (0.33, 0.33, 6e+06)
XYZ = colour.xyY_to_XYZ(xyY)
print(colour.XYZ_to_sRGB(XYZ, apply_encoding_cctf=False))

# [ 2.2020461   0.86530782 -1.20530687]
# [ 16.31921754  26.10605109  39.60507773]
# [ 2242.49706509  3213.58480355  4499.85141917]
# [ 7138073.69325106  5697605.86069197  5644291.15301836]

Вы получаете отрицательные значения при первом преобразовании, потому что ваш xy Координаты цветности находятся вне спектрального локуса, поэтому они представляют мнимые цвета.

Матрица Википедии верна и является одной из IEC 61966-2-1:1999 который является официальным стандартом для sRGB colourspace.