Especial: ¿Qué es el HDR?

HDR

Si tienes dudas de qué es y de dónde viene el HDR, aquí te explicamos.

Este año estrenamos versiones nuevas de Xbox One y PlayStation 4 y con ello, se ha hecho mucho énfasis en dos características incluidas por primera vez en estos sistemas: capacidad de mostrar contenidos en formato 4K y HDR. En el caso particular de la última parece existir algo de confusión pues, aunque suena espectacular, en realidad el nombre High Dynamic Range no es nada claro para quienes no están familiarizados con su origen y uso.

¿Qué es y cómo es que funciona el HRD? ¿Cómo me beneficia a mí como gamer? ¿Solo estas dos consolas pueden mostrar contenidos HDR? ¿Mi pantalla actual es compatible con esta tecnología? En este artículo daremos respuesta a estas y otras preguntas. A continuación te daremos la respuesta corta, pero si eres de los que quieren entender todo el trasfondo sigue leyendo que la historia es larga y tendida.

La respuesta corta

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HDR, o high dynamic range, es el término que se designó hace algunos años al resultado de aplicar un conjunto de técnicas y algoritmos computacionales que pretenden aumentar el rango de colores en una fotografía, video o imagen 3D generada por computadora, de forma que no se pierdan detalles debido a la presencia o ausencia de fuentes de luz adecuadas para poder representar correctamente todos los elementos y detalles vistos en pantalla.

Para poder disfrutarlo, necesitas equipo especial más allá de una consola nueva de la actual generación o la más potente tarjeta Nvidia en el mercado. Las pantallas nuevas que sean compatibles con el formato de imagen 4K posiblemente no sean compatibles ahora, pero es posible que en el futuro, si ya tienes una, puedas actualizarla para poder aprovechar el HDR. Si no tienes una todavía, prepárate para desembolsar no menos de $2,000 dólares.

No es una técnica nueva, pero la reciente popularización del término en el mundo de los videojuegos ha hecho necesaria la aclaración de qué es y para qué sirve por lo que, si te sientes curioso y tienes algo de tiempo, te invito a continuar leyendo este artículo para que puedas entender todo el trasfondo del HDR y sepas si vale la pena invertir en equipo ahora o si mejor esperar a que baje de precio.

La moda en consolas

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Ciertamente, esta tecnología nos ofrece muchas mejoras visuales pero, a menos que seas un profesional o un entusiasta de la fotografía o el video, difícilmente verás con claridad el beneficio que te brinda el HDR y cómo aprovecharlo totalmente de forma que no gastes tu dinero torpemente comprando equipo que no te sirve.

Para poder disfrutar completamente de esta “nueva” tecnología hay que estar concientes que no es solamente la consola quien se encarga de todo el trabajo: la pantalla donde visualizamos nuestros juegos y películas también debe ser compatible con el tipo de información enviada desde la consola (o cualquier otra fuente de video) pues la realidad es que muchas televisiones y pantallas no son cien por ciento compatibles.

Todos los dispositivos electrónicos que se encargan de manejar imagen o video tienen una cierta capacidad de mostrar colores y tonalidades, pero recuerda que mientras más complicado sea lo que se quiere mostrar, más información y poder de procesamiento se requiere. Así, tomando como base el ojo humano, entendamos lo que significa el rango dinámico y por consecuencia, el alto rango dinámico o HDR, más allá de solamente conocer la traducción del término.

¿Cómo funciona la visión humana?

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No debería ser sorpresa para nadie cómo funciona el ojo humano, pero para estar en el mismo canal, repasemos rápidamente su anatomía. A grandes rasgos, sabemos que es el órgano encargado de capturar la luz reflejada de los objetos que nos rodean para convertirla en impulsos eléctricos que viajan al cerebro para ser interpretados.

Las partes más importantes del ojo, consideradas como tres grupos, son los lentes y la córnea, responsables de enfocar las imágenes que llegan al ojo, el iris y la pupila, responsables de regular la cantidad de luz que se absorbe y la retina, responsable de capturar la luz filtrada y enfocada por las otras partes para convertirla en impulsos eléctricos para que nosotros podamos ver.

Éste es un proceso tan natural que rara vez somos conscientes del mismo y generalmente estamos conformes con lo que vemos y cómo lo vemos. Pero ¿te has preguntado por qué los días soleados se ven tan distintos de los días nublados? ¿o por qué percibimos los colores de forma distinta cuando la iluminación cambia?

La capacidad de adaptación del ojo humano es sorprendente. Con tal habilidad de realizar ajustes por medio de distintos cambios físicos y químicos, decimos que tiene un muy amplio espectro de captación de luz que se adapta según la necesidad. Dicho de otra forma: el ojo humano tiene un muy alto rango dinámico.

La cámara fotográfica

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Los humanos casi nunca nos encontramos quietos y, dada nuestra naturaleza curiosa sin fronteras, siempre hemos tratado de entender cómo funcionan y, sobretodo, cómo replicar las maravillas de la naturaleza; el ojo humano no es la excepción y por supuesto inventamos un artefacto que intenta imitarlo: la cámara fotográfica.

Igual que el ojo humano, la cámara fotográfica tiene componentes esenciales en los cuales se fundamenta su funcionamiento y que casi no han cambiado desde su concepción original: los lentes para enfocar, el obturador para regular la luz que entra y un componente sensible a la luz para interpretar el resultado y plasmarlo en papel fotográfico o bien, una imagen digital.

Hoy día, por supuesto, es muy raro encontrar una cámara de película, así que nos centraremos en la digital, cuyo sensor CMOS es el encargado de traducir luz en bits. La idea de capturar momentos para siempre no se quedó en imágenes fijas y también llegó a la cámara de video la cual capta la luz de forma continua y sin interrupciones, pero la idea sigue siendo la misma.

Las limitaciones de las cámaras

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Cada cámara, con sus respectivas diferencias entre las características de los lentes, obturador y sensor, tiene una capacidad para captar un cierto rango de colores dependiendo de la iluminación que hay a su alrededor, pero, a diferencia del ojo humano, éstas tienen una menor capacidad de adaptación a distintas condiciones de luz, por lo cual tienen un rango dinámico mucho menor y por supuesto, es menos ajustable.

Siendo humanos no nos vamos a quedar con los brazos cruzados mientras tomamos fotos horribles. Claramente, muchas personas se dieron a la tarea de inventar técnicas para imitar la capacidad del ojo para ajustar el rango de colores que puede captar.

La primera y más básica, inventada por Gustave Le Gray alrededor de 1850, involucra manipular truculentamente dos propiedades de la fotografía en la impresión de la foto: la exposición y el contraste. De forma rápida podemos definir a la exposición como el tiempo en que el sensor de la cámara (o la película fotosensible) recibe luz luego de que el disparador abre y cierra el obturador. El contraste podemos definirlo como la proporción en la luminosidad del color más brillante y el menos brillante.

Le Gray inventó esta técnica donde combina dos fotos tomadas con diferentes exposiciones: una mayor para captar el color y detalle de las zonas menos iluminadas y otra con menor exposición para aquellas más iluminadas. Luego, al momento de imprimirla en papel, las mezcló con mucha habilidad y paciencia para lograr crear una foto que para ese tiempo era imposible dadas las limitaciones de las cámaras. Así, aumentó el rango de contraste (o rango dinámico) de su cámara con algo de ingenio.

Entra la tecnología

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Esta técnica permaneció vigente prácticamente sin cambios hasta la llegada de la cámara digital en 1975 y su perfeccionamiento para llegar al consumidor en la década de 1990 y, por lo que puedes imaginar, es algo sumamente tedioso, complicado y propenso a errores humanos que podrían arruinar muchas horas de trabajo.

Y siempre que los humanos nos hemos enfrentado a tareas monótonas y delicadas al mismo tiempo, solemos delegar este trabajo a una computadora. Así que, obviamente, no faltó quien tuviera la buena idea de programar nuestras cámaras digitales de forma que ahora es sumamente fácil tomar fotos hermosas aprovechando las ventajas de esta técnica.

Usando el poder computacional que hemos miniaturizado, tanto cámaras como teléfonos móviles son, ahora, suficientemente buenos para hacer esto de forma casi instantánea, dando paso a la popularización de esta técnica bajo el nombre HDR.

Lo logrado en foto produjo resultados tan satisfactorios que no tardó en llegar al video y a las gráficas producidas por computadora. Evidentemente, la técnica de combinar imágenes una a una no tiene ningún sentido en estos dos formatos, por lo que se ha realizado mucha investigación de cómo adaptar los principios creados por Le Gray a aquellos para obtener resultados semejantes, cosa que ha gustado a muchas personas dados los resultados que se han logrado en los últimos años.

Pantallas modernas

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Para poder llevar la magia de Le Gray a la televisión, se creó una técnica algo sofisticada llamada corrección de gamma la cual, sin entrar en demasiados detalles, aprovecha la forma en que los humanos percibimos la luz por medio de nuestros ojos para poder codificar una variedad amplia de colores y así aumentar el contraste en pantalla para mostrar imágenes más espectaculares.

Es por eso que sea solamente la mitad de la historia que una consola o reproductor de películas envíe imágenes en HDR: hace falta que la pantalla donde se despliegan dichas imágenes entienda qué corrección debe llevar a cabo para mostrar imágenes que sean del agrado de nuestros ojos. En HDR, la corrección gamma de la imagen utiliza parámetros que hacen que la función sea más complicada de calcular que la usada en televisores más viejos.

Esto, evidentemente, necesita de un procesador especial que se encargue de llevarlo a cabo además de una conexión especial para mandar los datos entre fuente y emisor. Y como te habrás imaginado ya, es hasta estos años que diversas compañías han hecho esfuerzos para equipar a las pantallas y monitores esta tecnología de forma que sea relativamente costeable para la mayoría de las personas.

Las consolas y las imágenes 3D

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¿Pero no el HDR es nuevo? Para sorpresa de muchos, el HDR en imágenes computacionales 3D no es algo reciente y mucho menos, exclusivo de la actual generación de consolas. El HDR se utiliza desde hace ya muchos años cuando fue descrito por primera vez en 1985 por medio de una pieza de software libre llamado Radiance escrito originalmente por George Ward mientras trabajaba en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley.

Como es de esperar, no hubo mucho avance a nivel consumidor en este frente durante varios años. Lo más que había eran escritos científicos con aplicaciones reales como la usada en Riven: The Sequel to Myst en el año de 1997 donde se utiliza post procesamiento de imágenes en HDR para mejorar el aspecto visual del juego.

Como sabemos, es hasta más adelante que Valve muestra su motor gráfico Source en el E3 del año 2003 el cual mostraba el render de una ciudad utilizando HDR. El año siguiente en el mismo evento, tanto Valve como Epic Games con su Unreal Engine 3 muestran las bondades de utilizar lo planteado originalmente como artículos científicos al manejo de imágenes generadas por computadora para mostrar gráficos poco antes vistos.

Así, es hasta esta generación de consolas que se hace énfasis en estas características ya antes vistas, pues es ahora que tenemos pantallas capaces de mostrar una mayor gama de colores, además que también podemos aprovechar el HDR para codificar películas con dicho formato para tener una mejor calidad visual de la que lograríamos sin el alto rango dinámico.

Aprovechando el HDR

Algunas de las ventajas que tenemos al utilizar técnicas que mejoran la calidad visual por medio del incremento del rango dinámico de las imágenes que vemos; es que podemos generar efectos visuales mucho más espectaculares (aunque, ciertamente, no todos son naturales) en pequeños programas llamados shaders, los cuales se encargan de generar la imagen deseada de acuerdo a un conjunto de reglas bien establecidas.

Uno de los efectos más conocidos es el light bloom el cual genera un artefacto visual que pretende imitar la forma en que la luz entra en habitaciones oscuras por pequeñas entradas entradas como ventanas y rendijas, dando un efecto de deslumbramiento que vemos todos los días cuando el sol ilumina un cuarto oscurecido por cortinas.

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Otro shader muy común es el utilizado para controlar el volumetric lighting. Éste se utiliza para simular la caída de rayos de luz en la escena que vemos y es muy común, por ejemplo, usarla en aquella donde el sol es obstruido por otro objeto como un árbol o un edificio. Es muy utilizado en escenas donde se busca iluminar solamente un elemento por un rayo de luz (la Master Sword) pero, como sabes, ese tipo de iluminación hace que el fondo pueda perder detalle.

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Existen muchos más shaders, por supuesto, pero estos dos ejemplos son buenos para explicar el aprovechamiento del HDR. Al involucrar luz, es probable que sin un procesamiento para aumentar el rango dinámico, muchos detalles de color se pierdan debido a la modificación del contraste en la imágen por la introducción de éstas. El procesamiento HDR en estos casos hace que no se pierda la información debido al cambio de contraste, lo cual al final del día, es lo que Le Gray buscaba desde 1850.

¿Qué necesito, entonces?

Para poder disfrutar del HRD en tu casa, queda claro que hay que invertir algo de dinero. En primer lugar, necesitas un dispositivo capaz de reproducir dichos contenidos, sea un reproductor de películas o una consola como la Xbox One Slim o la PlayStation 4 Slim con su próxima actualzación. Aparte, existen pocas alternativas como el Samsung UBD-K8500 para utilizarse como reproductores sin juegos.

Evidentemente, deberás comprar los discos Ultra HD Blu-ray de tus películas en dicho formato, pero lugares como YouTube, Netflix y Hulu ya comienzan a dar los pasos necesarios para enviarte video en formato 4K con HDR. El único problema con esto, quizás, es que requerirás una conexión a Internet de bastante velocidad para no tener interrupciones constantes.

Y, de nuevo, necesitas un nuevo televisor compatible con HDR para aprovechar al máximo todo esto, pero no cualquier televisión. Una pantalla que muestre imágenes en 4K posiblemente sea compatible con HDR también pero no es garantía que así sea el caso; te recomiendo buscar el manual y leerlo para encontrar las especificaciones de tu pantalla. Si no es compatible, podrás ver tus películas, pero sin aprovechar el HDR con que vienen, además que, quizás, verás los colores un poco raros.

Si tienes el plan (y dinero) para comprar una pantalla 4K con HDR considera que existen dos estándares de éste en la industria: HDR10 y Dolby Vision. El primero es el estándar promovido por la UHD Alliance, la cual está conformada por varias empresas que manufacturan (o en algún futuro lo harán) este tipo de televisores. El segundo es propietario de la compañía Dolby y te ofrece algunas características más que el HDR10 como la calibración de la imágen de acuerdo con el modelo y marca de pantalla que tengas.

Es claro que se requiere pasar una serie de pruebas y certificaciones para poder acreditar un modelo de pantalla con alguno de estos estándares. Lo que no es tan claro, es decir cuál es superior pues no hay suficientes pantallas en el mercado como para hacer pruebas exhaustivas desde la perspectiva de un consumidor común, así que dejaremos que el tiempo nos dé esta respuesta.

Sea cual sea la opción que elijas, prepárate para desembolsar una buena cantidad de dinero. Si bien las pantallas 4K están ya a un costo relativamente bajo (respecto al que tenían en su salida) recuerda que específicamente necesitas una que sea compatible con HDR. Tales pantallas se encuentran ya en el mercado, pero será sumamente raro encontrar una por menos de $2,000 dólares.

Ricardo Fernández

Locutor y colaborador en Gamer Style. PC Gamer de corazón. Matemático financiero de formación. Programador web de profesión. Fanático del blues, el jazz y el rock. Bambú en crecimiento.