#unity [ポスプロ]LUT（ラット）について - 土屋つかさの技術ブログは今か無しか

　技術書典９が無事閉幕しました。土屋のサークルの新刊も大変多くの方に手に取っていただきありがたい限りです。ブログで告知するのを完全に忘れてまして（！）ホントすみません。早めにエントリ記事を作ります。

　さて、次回技術書典１０は年末予定（次もオンラインです）で、シェーダー本５はＵＲＰのポストプロセス処理周りの解説を考えてまして現在情報集め中です。すでに想像を超える沼っぽいことが判明してめげ気味なんですが頑張ります。

　今後作業の過程でまとまった物をアップしたりしなかったりする予定です。今回はＬＵＴ（ラット）について。ＬＵＴはそもそもデータ構造の用語なのですが、ポスプロでは特定の概念を指すようなので、それぞれについて解説します。

ＬＵＴ（ラット）の元の意味

　ＬＵＴはルックアップテーブル（Look Up Table）の略称で、入力と出力が対応するデータ群のことを指します。例えば連想配列もＬＵＴの一つです。入力の数に応じて１次元、２次元、３次元がよく使われます（連想配列は１次元ＬＵＴ）。入力をインデックス指定する事も多く、ｎ次元配列＝ｎ次元ＬＵＴと考えても良いです。

　シェーダープログラミングでＬＵＴを使用する時、テクスチャデータとしてＧＰＵに渡すのが一般的です。テクスチャデータにも１次元、２次元、３次元があり、用途に応じて使い分けます。例えば、グレースケールでのグラーデションをＬＵＴとして使いたい場合は１次元テクスチャ（縦１ドット×横ｎドットのテクスチャと考えて良い）を使います。

　テクスチャとして渡したＬＵＴを参照する方法ですが、いつもと同じようにテクスチャサンプリングでアクセスします。原理的にはテクスチャサンプリング自体が２次元ＬＵＴを使ったデータ参照処理と言えるでしょう（多分）。

ＬＵＴ（ラット）のポスプロでの意味

　前述の通り、「ＬＵＴ」という用語は特定のデータ種類を指しているわけではありません。しかし、ポストプロセス処理（というか映像分野）では、「ＬＵＴ（ラット）」と言うと、暗黙的に「カラーグレーディング用途に用いる３次元ＬＵＴ」の事を指すようです（わかりにくいな！）。

　「カラーグレーディング」についての詳細説明はここでは省略します（土屋がよく分かってないというのもある）。ここでは「あるカラー値を別のカラー値に変換すること」だと思ってください。

　ＬＵＴを使ったカラーグレーディングの仕組みは簡単で、ＲＧＢ３チャンネルの各カラー値を入力にして３次元ＬＵＴを探索し、出力として対応するＲＧＢカラー値を得ます。３次元ＬＵＴにはＲＧＢのすべての組み合わせに対応する値が格納されていて、適切な変換カラー値を出力できるわけです。

　これも前述の通り、シェーダープログラミングでは、この３次元ＬＵＴのデータを、３次元テクスチャとしてビデオメモリに格納します。３次元テクスチャというのは、文字通り３次元のデータを持ったテクスチャです。例えば3ピクセル×３ピクセル×３ピクセルの３次元テクスチャは、27ピクセル分の情報を格納していることになります。

　さきほど「ＲＧＢのすべての組み合わせに対応する値が格納されていて」と書きましたが、実際にそれをするのは現実的ではありません。というのも、３次元テクスチャは解像度が上がると指数的に肥大化するためです。

　たとえば、RGB888を別のRGB888に変換する場合、３次元テクスチャを構成する要素数は256×256×256×3バイトが必要です。これは256×256サイズのテクスチャを256枚格納しているような物でして、普段如何にテクスチャ枚数を減らすかに奮闘しているのに、カラグレのためにそんなメモリの消費はできません（できませんよね？）。また、入力が8bitではなく16bitになった場合（ＨＤＲ環境で必要になります）、現実的なサイズではなくなってしまいます。

　この問題については、ずっと小さな規模の３次元ＬＵＴを用意し、隙間は補間することで対応します。通常、この補間はテクスチャサンプリングの仕組みで行うのだと思いますが、ＬＵＴによっては専用の数式を使う場合もあるようです（詳細不明）。

　ＬＵＴデータは映像機器メーカーやフィルムメーカーなどが、様々な種類の物を公開しています（録画時（光→データ）と再生時（データ→光）で自社製品の特性に合わせたチューンがされているんじゃないかと思います）。また、業界標準のＬＵＴや、自作ＬＵＴを使うこともあるようです。