Radiance RGBE image format

Eine .hdr-Datei ist meist ein Radiance-HDR-Bild, auch RGBE genannt. Anders als ein normales Foto, das Helligkeit als Werte von 0 bis 255 speichert, enthält es echte Lichtintensitäten. Ein sonniger Himmel kann tausendfach heller sein als der Schatten unter einem Baum, und die Datei behält beides. Heute laden vor allem 3D-Artists .hdr-Dateien herunter: HDRI-Umgebungsmaps, also 360°-Panoramen realer Orte, beleuchten Szenen in Blender, Unreal Engine, Unity und anderen Renderern. Lichtplaner und Forschende nutzen das Format mit Radiance, der Simulationssoftware, für die es entstand.

Nicht jede .hdr-Datei ist aber ein Bild. Auch Satellitendaten im ENVI-Format und medizinische Aufnahmen im Format Analyze 7.5 verwenden .hdr für ihre Header-Dateien. Dazu unten mehr.

Geschichte

Greg Ward begann 1985 am Lawrence Berkeley National Laboratory mit Radiance und brauchte ein Bildformat für die physikalisch korrekten Werte seines Renderers. Die von ihm entworfene RGBE-Kodierung beschrieb er 1991 im Artikel „Real Pixels“ in Graphics Gems II. Jahrelang war sie das einzige verbreitete HDR-Bildformat. Radiance ist seit Januar 2002 Open Source. Der Medientyp image/vnd.radiance wurde am 4. März 2009 bei der IANA registriert. Dieses Datum wird manchmal fälschlich als Geburtsstunde des Formats genannt, das in Wahrheit über zwanzig Jahre älter ist.

So funktioniert RGBE

• Ein Text-Header beginnt mit #?RADIANCE, gefolgt von Zeilen wie FORMAT=32-bit_rle_rgbe und optional EXPOSURE=, dann eine Leerzeile und eine Auflösungszeile wie -Y 1024 +X 2048.
• 32 Bit pro Pixel: drei 8-Bit-Mantissen für Rot, Grün und Blau und ein gemeinsamer 8-Bit-Exponent. Das deckt rund 76 Größenordnungen in Schritten von etwa 1 % ab, bei einem Viertel des Platzes von drei 32-Bit-Gleitkommazahlen.
• Der Exponent richtet sich nach dem hellsten Kanal. Dominiert eine Farbe stark, verlieren die beiden anderen an Genauigkeit. Für Umgebungslicht spielt das kaum eine Rolle.
• Lauflängenkodierung, verlustfrei und bescheiden. Ein 8K-HDRI (8192 × 4096) überschreitet leicht 100 MB.
• Lineare Werte ohne Gamma. Der Wert 1,0 bedeutet nicht fest „Weiß“, sondern einfach eine Lichtmenge.
• Kein Alphakanal, keine Ebenen, kaum Metadaten. Die Variante XYZE speichert CIE-XYZ statt RGB unter derselben Endung.

In der VFX-Produktion dominiert heute OpenEXR mit Half-Float-Genauigkeit, Alphakanal und mehreren Ebenen. Radiance HDR bleibt für Umgebungsmaps beliebt, weil fast jedes 3D-Programm es liest.

HDR-Datei öffnen

• Photoshop öffnet Radiance-Dateien als 32-Bit-Bilder, auch GIMP und Affinity Photo lesen sie.
• Blender: World-Eigenschaften → Color → Environment Texture, dann die .hdr-Datei wählen. Die Szene ist sofort beleuchtet.
• Radiance selbst (kostenlos für Windows, macOS und Linux) enthält den Betrachter ximage sowie pfilt und pcond für Belichtung und Tone Mapping.
• Die Fotos-App von Windows und die meisten Galerie-Apps auf dem Smartphone öffnen kein .hdr.

Typische Probleme mit HDR

.hdr-Datei lässt sich in keinem Bildprogramm öffnen

Prüfen Sie Größe und Anfang der Datei. Eine kleine Textdatei, die mit ENVI beginnt, ist der Header von Satelliten- oder Hyperspektraldaten, die daneben als .dat, .img oder .raw liegen; das Paar öffnen Sie in QGIS oder ENVI. Eine binäre .hdr mit 348 Byte und einer .img-Datei daneben ist eine medizinische Aufnahme im Format Analyze 7.5 für Programme wie 3D Slicer. Beides ist kein Bild, und unser Konverter kann es nicht umwandeln.

HDR in JPG wirkt ausgebrannt oder flau

JPG und PNG speichern 8 Bit für die Anzeige gedachte Werte, HDR-Daten müssen also hineingepresst werden. Unser Konverter macht kein Tone Mapping: Er rechnet die linearen Werte nach sRGB um und schneidet alles über 1,0 auf Weiß ab. Für Innenräume und gleichmäßig beleuchtete Szenen genügt das, für ein Panorama mit Sonne nicht. Für eine ausgewogene Vorschau erst tonemappen, etwa mit HDR-Tonung in Photoshop, pcond aus Radiance oder dem kostenlosen Luminance HDR, und dann das Ergebnis umwandeln.

Ist ein HDR-Foto vom Handy eine .hdr-Datei?

Nein. Der HDR-Modus des Smartphones verrechnet mehrere Belichtungen und speichert ein gewöhnliches HEIC oder JPEG. Dafür gibt es HEIC in JPG umwandeln.

HDR umwandeln

Üblich ist HDR in JPG oder PNG für Vorschaubilder von Umgebungsmaps, mit dem oben beschriebenen Abschneiden. HDR in TIFF eignet sich zur Weiterbearbeitung. Eine Umwandlung nach .hdr ist sinnvoll, wenn ein 3D-Programm das Format verlangt, mehr Dynamikumfang entsteht dabei aber nicht.

Radiance HDR auf einen Blick

Quellen (englisch): Website des Radiance-Projekts, Beschreibung des RGBE-Formats beim LBNL und IANA-Registrierung von image/vnd.radiance.