Explore HDR rendering with EDR

Highlight

EDR 让应用可以在支持 HDR 的显示器上输出超过 SDR 范围（>1.0）的亮度值，系统根据显示器能力自动做 tone mapping；在 Pro Display XDR 上最高可达约 6 倍 SDR 亮度。

核心内容

你的渲染引擎输出颜色值在 0-1 范围内。这在 SDR 显示器上没问题，但在 HDR 显示器上浪费了硬件能力。Pro Display XDR 可以显示比 SDR 亮 6 倍的像素，MacBook Pro 可以亮 2-3 倍。怎么利用这个额外的动态范围？

EDR（Extended Dynamic Range）是 Apple 的解决方案。它类似颜色管理，但管理的是亮度范围。

详细内容

EDR 是什么

（00:50）

EDR 同时指代两种东西：

1. HDR 表示格式：允许颜色值超过 1.0
2. HDR 渲染技术：系统根据显示器能力自动映射

在 SDR 系统中，白色定义为 1.0。在 EDR 中，1.0 仍然是 SDR 白色，但允许值大于 1.0。系统在显示时自动决定：HDR 屏幕上直接显示更亮的像素，SDR 屏幕上做 tone mapping 压缩到 1.0 范围。

（02:30）

关键点：

• SDR 白色 = 1.0
• EDR 允许值 > 1.0
• 系统自动处理 HDR 和 SDR 显示器的映射
• 不同显示器的 EDR 上限不同

四步添加 EDR 支持

（03:37）

Apple 推荐按四步添加 EDR：

1. 检测 EDR 支持
2. 配置渲染目标
3. 在 shader 中输出 HDR 值
4. 处理 tone mapping

检测 EDR 支持

（05:00）

// 检查屏幕是否支持 EDR
let screen = window.screen
let maxEDR = screen.maximumExtendedDynamicRangeColorComponentValue

if maxEDR > 1.0 {
    // 支持 EDR
    print("EDR max: \(maxEDR)")  // Pro Display XDR 上约 6.0
}

（05:00）

关键点：

• maximumExtendedDynamicRangeColorComponentValue 返回 EDR 上限
• 1.0 表示不支持 EDR
• 值越大，显示器的 HDR 能力越强
• 不同屏幕可能有不同值

配置 CAMetalLayer

（17:52）

// 配置 Metal layer 支持 EDR
metalLayer.wantsExtendedDynamicRangeContent = true
metalLayer.pixelFormat = .rgba16Float  // 16-bit float 格式

// 设置 colorspace
if let edrColorSpace = CGColorSpace(name: CGColorSpace.displayP3_PQ) {
    metalLayer.colorspace = edrColorSpace
}

（18:53）

关键点：

• wantsExtendedDynamicRangeContent = true 启用 EDR
• 使用 16-bit float pixel format（.rgba16Float）
• 选择支持 HDR 的 color space（如 Display P3 PQ）
• 需要全屏或单独窗口才能发挥最大 EDR 能力

在 Shader 中输出 HDR 值

（20:30）

fragment float4 hdrFragment(...) {
    // 场景渲染
    float3 sceneColor = computeLighting(...);

    // 场景值可能超过 1.0
    // 比如太阳反射可能达到 4.0 或更高

    // 直接输出，EDR 系统会处理映射
    return float4(sceneColor, 1.0);
}

（21:00）

关键点：

• 直接输出超过 1.0 的值
• 不需要手动 clamp
• EDR 系统根据显示器能力自动映射
• 保持线性空间，不要做 gamma 校正

Tone Mapping

（22:30）

对于 SDR 显示器，系统会自动做 tone mapping。但如果你想自己控制映射曲线，可以在 shader 中实现：

float3 toneMap(float3 hdrColor, float maxEDR) {
    // 简单的 Reinhard tone mapping
    float3 mapped = hdrColor / (1.0 + hdrColor);

    // 或者使用 ACES filmic tone mapping
    // mapped = ACESFilm(hdrColor);

    return mapped;
}

（23:30）

关键点：

• 系统会自动处理 SDR 显示器的映射
• 自定义 tone mapping 只在需要特定风格时使用
• 保持线性空间直到最后一步
• 不同场景可能需要不同的 tone mapping 曲线

EDR 与 AVPlayer

（16:00）

AVPlayer 自动支持 EDR。播放 HDR 内容时，它会自动利用显示器的 EDR 能力。

let player = AVPlayer(url: hdrVideoURL)
let playerLayer = AVPlayerLayer(player: player)

// AVPlayer 自动处理 EDR，不需要额外配置
playerLayer.videoGravity = .resizeAspect

（16:00）

关键点：

• AVPlayer 自动检测 HDR 内容
• 自动利用 EDR 显示能力
• 不需要手动配置
• 在 SDR 显示器上自动 tone mapping

核心启发

1. 为游戏添加 HDR 高光效果。太阳、爆炸、霓虹灯等光源可以输出 2-6 倍 SDR 亮度。入口 API：metalLayer.wantsExtendedDynamicRangeContent = true。

2. 用 16-bit float render target。HDR 内容需要足够的精度，8-bit 不够。入口 API：pixelFormat = .rgba16Float。

3. 检测显示器 EDR 能力调整内容。不同显示器的 EDR 上限不同，根据能力调整 HDR 内容的强度。入口 API：screen.maximumExtendedDynamicRangeColorComponentValue。

4. 在 SDR 和 HDR 显示器上都测试效果。系统会自动 tone mapping，但效果可能不同。确保两种显示器上都有良好的视觉效果。

5. 为专业视频应用配置 EDR 工作流。Display P3 PQ color space + 16-bit float + EDR 启用。入口 API：CGColorSpace.displayP3_PQ。

关联 Session

• Capture and process ProRAW images — ProRAW 拍摄和处理
• Create image processing apps powered by Apple silicon — Apple Silicon 图像处理优化
• Explore Core Image kernel improvements — Core Image Metal kernel 新写法