Преобразования цветового пространства HDR приводят к отрицательным значениям RGB (от Yxy до XYZ до 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. Тогда я превращающий YXY к XYZ
3. XYZ для преобразования SRGB.
4. Использование значений RGB> 1.0 при рендеринге и нормализации результата с отображением тонов в конце.

Я работаю с довольно огромными числами, поскольку основным источником света является солнце, имеющее освещенность до 150 тыс. Люкс.

YxyToXYZ функция

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, что отрицательные значения должны быть просто зажаты? Или у меня ошибка в моих расчетах?
2. 2 матрицы производят похожие, но разные значения (праймериз очень близко к sRGB). Я бы хотел заменить старую матрицу (которой я понятия не имею, откуда она) с Wiki. Кто-нибудь знает, откуда берется старая матрица, и которая была бы правильной?
3. Я нашел частичный ответ @Yxy to RGB conversion, который звучит как из прежнего коллеги:) ... но не решает мои проблемы.

Большое спасибо

Answer 1

Ваши newrgb rgb вычисления правильны, я получаю тот же результат с помощью Colour:

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 в первом преобразовании, потому что ваши xy координаты цветности находятся вне спектрально локус, поэтому они представляют собой мнимые цвета.

Матрица Википедии является правильной и является одной из IEC 61966-2-1:1999, которая является официальным стандартом для sRGB colourspace.