Criando e usando um LUT 3D no MAME
Introdução
O LUT é um acrônimo de "Look Up Table". Trata-se de um arquivo que contém informações usadas para aplicar correções de cores (LUT técnico [1]) ou para fazer uma gradação de cores (alterar as cores) de uma maneira a aplicar certos efeitos ou para alterar o tom da imagem (LUT criativo) visando criar uma aparência diferente da original.
É muito comum o uso de LUTs em produções de vídeo e foto, seja para dar uma certa aparência quente, fria ou neutra a uma determinada cena específica, seja para criar perfis personalizados para câmeras e lentes. Esses perfis servem para corrigir eventuais desvios ou fazer ajustes finos. Independentemente da marca ou do modelo do equipamento, é comum que eles apresentem desvios nas cores em determinadas condições de iluminação ou situações específicas, seja por causa do tipo de luz utilizado (natural ou artificial) ou por causa de fatores externos, como a posição do sol em diferentes horários do dia, cenas com o tempo nublado, ambiente iluminado por velas, etc.
Neste contexto, o LUT é utilizado para compensar ou para corrigir essas variações, garantindo que as cores de um objeto, ou pessoa estejam consistentes em diferentes condições de luz. Por exemplo, um LUT pode ser criado para garantir que uma blusa com um tom específico de vermelho, apareça com a mesma tonalidade em diferentes condições de luz, proporcionando uma aparência visual uniforme durante todo o processo de produção.
Para saber mais sobre LUT, consulte os links ao lado. [2] [3] [4]
A capacidade de aplicar LUT foi inserida no MAME em outubro de 2018, porém, mesmo após o seu lançamento no MAME 0.203, não houve nenhum grande anúncio ou manifestação conhecida da comunidade. Talvez porque a grande maioria das pessoas sequer saiba para que serve ou como usar um LUT.
Neste capítulo vamos aprender a criar e aplicar LUTs de correção de cores no sistema Nintendo Entertainment System (NES), emulado pelo MAME.
Criando um HaldCLUT
Para criar um CLUT que contenha todas as informações necessárias para corrigir as cores, é preciso seguir um processo que envolve o uso de uma imagem criada pelo MAME como base e de outra imagem de referência para a correção. Basicamente, você informa ao programa que o objetivo é corrigir as cores do MAME com as características da imagem de referência.
Se vamos criar um CLUT de correção de cores, antes de mais nada,
precisamos ter uma referência confiável. Assim, criei uma tela com
barras de cores SMPTE geradas no padrão BT.601 com luminância
no intervalo 16,235 (nível de TV). Esse é um padrão de teste
utilizado até hoje pela indústria e pelos profissionais de produção de
vídeo, cinema, televisão e fotografia para aferir a precisão das cores
em uma ampla variedade de equipamentos utilizados na indústria
audiovisual. Ele foi escolhido porque era o padrão da época, portanto
sei de onde estou partindo em relação ao tom e à intensidade das cores.
No entanto, isso não garante que a correção das cores será
fidedigna em todos os jogos, pois o MAME usa uma paleta dinâmica
matematicamente calculada.
Para gerar a nossa imagem de referência, nós usamos o AviSynth+ e
criamos um arquivo Colorbars.avs com o seguinte conteúdo:
# Color bars SD
ColorBars (550,480)
ConvertToRGB32(matrix="Rec601")
Arrastando o arquivo Colorbars.avs no Virtualdub2 nós obtemos a
seguinte imagem:
Ela servirá como a referência para a correção aplicada à imagem do MAME.
Nota
Para usuários de Linux e macOS, é possível obter uma tela semelhante
usando o ffmpeg. Após instalar o ffmpeg, abra o terminal e
execute o comando:
ffmpeg -hide_banner -f lavfi -i smptebars=duration=10:size=550x480:rate=30 -pix_fmt yuv444p smptebars.mp4
Baixe o 240p-test-mini e salve na mesma pasta do MAME. Ele será usado para gerar a tela com barras coloridas. Para issoo, use o terminal ou prompt de comando e faça:
mame nes -cart 240pee.nes -resolution 552x481 -noka -window -nofilter -video opengl
Pressione o botão "B" e selecione a opção SMPTE color bars. No Windows ou Linux, pressione Alt + PrtScn (Print Screen) para fazer uma captura da tela. No macOS use estas instruções). Este é o resultado (já recortado):
Nota
Caso tenha alguma dificuldade, aproveite as imagens acima que já estão recortadas no tamanho apropriado.
Agora transferimos as cores da imagem do MAME para a nossa imagem de
referência. Isso é necessário, pois, para criar um CLUT válido,
ambas as imagens devem ter o mesmo tamanho e as mesmas
características. A única coisa que deve variar na imagem são as cores, e
mais nada (observe que a barra verde tem um tamanho diferente por
exemplo). Caso contrário, o resultado será diferente do esperado. Se não
estiver interessado em aprender como criar um CLUT ou quiser evitar todo
esse procedimento, baixe o arquivo NES_SMPTE.cube deste link e
passe para a próxima etapa.
Para esta tarefa, usaremos o Gimp com o plug-in G'MIC. Abra a nossa imagem de referência no Gimp e duplique-a. Nomeie esta primeira camada como "MAME" e a segunda como "REFERÊNCIA". É na camada "MAME" que clonaremos as cores do MAME.
Abra a imagem do MAME (será criada uma nova aba) e use o "Color Picker" ( O ) para capturar a cor da primeira barra à esquerda.
Volte para a primeira aba, selecione a ferramenta "Fuzzy Select Tool" ( U ) e clique na camada "MAME" para selecioná-la. Em seguida, clique na primeira barra à esquerda para criar uma seleção ao redor da cor.
Em seguida escolha a ferramenta "Bucket Fill Tool" ( Shift + B ) e clique na barra selecionada para preenchê-la com as cores do MAME.
Repita esse procedimento com todas as outras barras.
Selecione a camada "REFERÊNCIA", e logo abaixo, clique na seta para cima para movê-la para o topo. Assim você terá a primeira camada "REFERÊNCIA" e, abaixo, a camada "MAME".
Vá em Filters > G'MIC-Qt..., em Available Filters, clique duas vezes em Color e, em CLUT from After - Before Layers.
Em Output Mode, selecione
Save CLUT as .cube or .png File.Em Output CLUT Resolution, deixe em
64.Em Output Folder, defina uma pasta de destino para salvar o arquivo
.cube.Em Output Filename, defina o nome do arquivo com a extensão
.cube, aqui usaremosNES_SMPTE.cube.Logo abaixo em Input / Output defina Input Layers como
Active and below.Em Output mode, selecione
In place (default).Clique em OK para criar o arquivo
NES_SMPTE.cube.
A imagem abaixo mostra todas as configurações. Clique nela para ampliar (HTML) ou aproxime a página (PDF).
Agora todas as informações necessárias para aplicar as correções de
cores estão armazenadas no arquivo NES_SMPTE.cube. Parece complexo
mas acredite, o processo é muito mais fácil quando trabalhamos com
fotos.
Criando um LUT 3D para usar no MAME
O tipo de LUT compatível com o MAME é o 3D no formato 64x64x64, com
8 bits e PNG [5] [6]. Ele é criado usando o 3D
Lut Maker que acompanha o DisplayCAL. O programa é gratuito e está
disponível para todos os sistemas operacionais. No Debian, instale-o
com o comando:
sudo apt install displaycal dispcalgui
No Windows baixe a versão no link acima e baixe também o
Argyll Color Management (ArgyllCMS). Não é preciso baixar o
instalador do DisplayCalc; basta baixar a versão ZIP e descompactá-la
em algum lugar (menos em C:\), e após descompactar o ArgyllCMS
dentro da pasta do DisplayCalc. Ao iniciar o programa
DisplayCAL-3DLUT-maker, ele perguntará onde estão os executáveis do
ArgyllCMS. Aponte o explorer para a pasta onde você descompactou o
ArgyllCMS, entre na pasta bin e clique em "Selecionar pasta" para
que o programa seja iniciado corretamente.
Aqui estão as configurações utilizadas no Linux:
Aqui estão as configurações utilizadas no Windows:
Ao clicar em Create 3D LUT, o programa cria diversos arquivos diferentes, porém o que nos interessa é esta imagem:
Esse é o nosso LUT 3D base, onde aplicaremos as correções de cores e, a partir dele, exportaremos um novo LUT 3D com as correções desejadas. As opções escolhidas foram as que me pareceram mais adequadas. Faça você mesmo os seus próprios testes com outros parâmetros e veja como fica.
Diferenças nas cores
De todos os diferentes emuladores existentes que emulam o NES apresentam uma paleta de cores diferente entre si (incluindo o MAME) e não existe (até onde eu saiba) um consenso sobre qual deveria ser a paleta de cores "mais correta" para o NES pois a sua PPU não gera sinais de vídeo em RGB, ficando a cargo do circuito interno da TV da pessoa interpretar as cores que chegavam até ela. A partir daí começa toda essa confusão, pois os circuitos internos das TVs eram diferentes, assim sendo, as cores variavam de uma TV para outra. No MAME por exemplo, a paleta de cores é matematicamente calculada, ao passo que outros emuladores utilizam outros algoritmos ou paletas para apresentá-las na tela.
Veja como fica ao colocarmos a nossa imagem de referência ao lado da imagem gerada pelo MAME. Repare na diferença de tom e de intensidade das cores:
Barras de cores SMPTE (NTSC) BT.601 |
MAME 0.252 |
|---|---|
|
|
Com o nosso CLUT e o nosso LUT 3D base criados, nós já temos o nosso ponto de partida para dar início à criação do nosso LUT 3D de correção. O procedimento é o seguinte:
Abra a imagem do LUT 3D base que criamos acima com o Gimp.
Vá em Filters > G'MIC-Qt..., depois em Available Filters, clique duas vezes em Color e escolha Apply Extrenal CLUT.
Em Specify HaldCLUT As, escolha
Filename.Em HaldCLUT Filename, procure pelo arquivo
NES_SMPTE.cube.Em Normalize Colors, selecione
Both.Em Preview Type, selecione
Full.Em Input layers, deixe em
Active (default).Em Output mode, deixe em
In place (default).Clique em Ok para aplicar as correções.
Veja na imagem abaixo como ficaram as nossas opções:
Observe que não é necessário alterar qualquer outra configuração (brilho
e contraste por exemplo), pois tudo o que precisamos já está no arquivo
NES_SMPTE.cube. Mesmo quando trabalhamos com fotos ou geramos LUT
para diferentes finalidades, todos os ajustes finos que precisamos fazer
na imagem são feitos antes da criação do arquivo *.cube, e não
depois. Claro que é possível fazer alguns ajustes, se necessário, mas,
para a nossa finalidade aqui com o MAME, os ajustes que já feitos são
suficientes.
Nota
Geralmente, esses controles se tornam úteis quando baixamos um LUT externo (geralmente um LUT criado por outra pessoa), pois servem como um ajuste fino no efeito que desejamos aplicar. Porém, com o MAME, mesmo pequenos ajustes podem extrapolar o efeito desejado.
Em seguida, vá em File > Export As... ( Shift + Ctrl + E ) e salve o arquivo com um nome bacana, como NES_SMPTE.png dentro da pasta Artwork do MAME.
Este é o LUT 3D NES_SMPTE.png que acabamos de criar:
Para verificar se funcionou, crie o arquivo ini\source\nes.ini com
o seguinte conteúdo:
video bgfx
bgfx_backend d3d11
bgfx_screen_chains lut
bgfx_lut NES_SMPTE.png
Para quem usa HLSL no Windows:
video d3d
hlsl_enable 1
filter 0
lut_enable 1
lut_texture NES_SMPTE.png
saturation 1.36
Nota
Caso tenha problemas com o d3d (como o efeito não
funcionar ou o LUT não ser aplicado por exemplo), consulte o capítulo
Usando o HLSL no Windows 8/10/11 sem precisar instalar o DirectX 9.
Para Linux ou macOS, tente:
video bgfx
bgfx_backend vulkan # (tente opengl ou auto caso não funcione)
bgfx_screen_chains lut
bgfx_lut NES_SMPTE.png
prescale 5
Execute o comando abaixo no teminal ou no prompt de comando e veja o resultado:
mame nes -cart 240pee.nes -noka
Pressione o botão "B" e selecione a opção SMPTE color bars. Observe na imagem abaixo como o próprio MAME é capaz de aplicar as devidas correções em tempo real:
Barras de cores SMPTE (NTSC) BT.601 |
MAME 0.252 com um LUT de correção |
|---|---|
|
|
As paletas de cores
Nota
Até a presente data, não há suporte para o uso de paleta de cores de qualquer tipo na versão mais recente do MAME (0.270).
Ao pesquisar na internet, é possível encontrar diferentes sites
(como este) que disponibilizam uma grande variedade de paletas de
cores (com extensão .pal), utilizadas por outros emuladores, como o
nestopia, Mesen2, FCEUX, entre vários outros, para que esses
emuladores consigam gerar cores na tela com um determinado padrão, ou
obedeçam certos parâmetros de cores determinados pelos seus criadores.
Para obter mais informações, consulte os links ao lado (todos em
inglês). [7] [8] [9]
Para compreender como os gráficos são gerados no NES, consulte o link ao lado (em inglês). [10]
Dada a grande variedade de paletas e o fato de não existir (até o presente momento) uma paleta definitiva para o NES, eu escolhi a paleta do ROM Detectives por uma simples questão de gosto. Geralmente é assim que acontece, das várias disponíveis, você usa aquelas de que mais gosta.
ROM Detectives NES Palette |
|---|
|
Aqui está a mesma paleta convertida num arquivo chamado NES_NTSC.pal.
00000000 7c 7c 7c 00 00 fc 00 00 bc 44 28 bc 90 00 84 a8 ||||......D(.....|
00000010 00 20 a8 10 00 88 14 00 50 30 00 00 78 00 00 68 |. ......P0..x..h|
00000020 00 00 58 00 00 40 58 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |..X..@X.........|
00000030 bc bc bc 00 78 f8 00 58 f8 68 44 fc d8 00 cc e4 |....x..X.hD.....|
00000040 00 58 f8 38 00 e4 5c 10 ac 7c 00 00 b8 00 00 a8 |.X.8..\..|......|
00000050 00 00 a8 44 00 88 88 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |...D............|
00000060 f8 f8 f8 3c bc fc 68 88 fc 98 78 f8 f8 78 f8 f8 |...<..h...x..x..|
00000070 58 98 f8 78 58 fc a0 44 f8 b8 00 b8 f8 18 58 d8 |X..xX..D......X.|
00000080 54 58 f8 98 00 e8 d8 78 78 78 00 00 00 00 00 00 |TX.....xxx......|
00000090 fc fc fc a4 e4 fc b8 b8 f8 d8 b8 f8 f8 b8 f8 f8 |................|
000000a0 a4 c0 f0 d0 b0 fc e0 a8 f8 d8 78 d8 f8 78 b8 f8 |..........x..x..|
000000b0 b8 b8 f8 d8 00 fc fc f8 d8 f8 00 00 00 00 00 00 |................|
Novamente, até o momento, o MAME não é compatível com paletas externas, sendo necessário, converter a paleta em LUT 3D.
Nota
Ao aplicar uma nova correção, o nosso LUT 3D base deve estar limpo e sem nenhum efeito. Se a correção do processo anterior já tiver sido aplicada, use Ctrl + Z para desfazê-la e só então aplique uma nova. Se ainda restarem dúvidas e você não tiver salvo nada, feche a aba com o LUT 3D base, abra-a novamente, aplique as novas correções e só então exporte como NES_NTSC.png. Se não fizer isso, haverá duas correções diferentes no mesmo arquivo e o resultado final será muito diferente do esperado.
Carregue a ROM 240p-test-mini no nestopia, Mesen2, FCEUX ou qualquer outro emulador que aceite paleta de cores.
Configure o vídeo para que ele tenha o dobro de tamanho do original.
Pressione o botão "B" e selecione a opção SMPTE color bars.
Carregue e aplique a paleta
NES_NTSC.pal.Pressione Alt + PrtScn (Print Screen) para fazer uma captura da tela (no Windows ou Linux, para o macOS use estas instruções), encerre o emulador.
Abra o Gimp e cole a imagem, dê o nome de "CORREÇÃO".
Use a captura anterior) e cole no Gimp, dê o nome de "MAME".
Faça os ajustes necessários para que ambas as imagens fiquem alinhadas.
Faça um recorte (crop) para que ambas tenham exatamente o mesmo tamanho.
Mova a camada "MAME" para baixo, deixando a camada "CORREÇÃO" em primeiro.
Vá em Filters > G'MIC-Qt..., depois em Available Filters, clique duas vezes em Color, clique em CLUT from After - Before Layers.
Em Output Mode, selecione
Save CLUT as .cube or .png File.Em Output CLUT Resolution, deixe em
64.Em Output Folder, defina uma pasta de destino para salvar o arquivo
.cube.Em Output Filename, defina o nome do arquivo com a extensão
.cube, aqui usaremosNES_NTSC.cube.Logo abaixo em Input / Output defina Input Layers como
Active and below.Em Output mode, selecione
In place (default).Clique em OK para criar o arquivo
NES_NTSC.cube.Faça o procedimento descrito em Diferenças nas cores para aplicar o CLUT
NES_NTSC.cubeno LUT 3D base que criamos.Vá em File > Export As... ( Shift + Ctrl + E ) e salve o arquivo como NES_NTSC.png dentro da pasta Artwork do MAME.
Ao concluir essas etapas, obtivemos o arquivo LUT 3D NES_NTSC.png:
Para testar, edite o arquivo ini\source\nes.ini e substitua a opção
NES_SMPTE.png por NES_NTSC.png e salve. Agora, teste um
jogo qualquer do NES e veja como fica. Tente o Batman, por exemplo:
mame nes batmanu
Usando a própria interface do MAME, é possível alternar entre os dois
LUTs 3D que criamos (NES_NTSC e o NES_SMPTE):
Pressione Tab.
Selecione Controles deslizantes.
Mova o cursor até Window 0, Screen 0 LUT Texture.
Selecione esquerda ou direita para alternar entre os LUTs.
Para quem tiver interesse, aqui está a paleta NES_SMPTE.pal.
Mamedoc NES SMPTE Palette |
|---|
|
00000000 85 7a 7d 07 03 de 09 04 c0 3b 0e 9a a7 03 83 bc |.z}......;......|
00000010 02 15 bc 0c 01 9f 11 03 5b 37 03 02 9a 05 02 88 |........[7......|
00000020 07 02 74 07 06 3e 69 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |..t..>i.........|
00000030 c8 c9 c9 03 73 e4 03 4b e0 70 2e d4 d2 01 ce da |....s..K.p......|
00000040 01 4a e6 28 00 d7 4c 0c bb 7a 03 01 c6 01 01 bf |.J.(..L..z......|
00000050 01 04 af 3b 05 7f 8f 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |...;............|
00000060 ff ff ff 1e ba d6 51 81 d8 a4 72 de e1 7b e4 de |......Q...r..{..|
00000070 4a a2 dc 72 44 d6 a3 24 e3 c1 01 c0 dc 0d 4f cf |J..rD..$......O.|
00000080 49 3a d6 93 06 de d5 80 74 77 00 00 00 00 00 00 |I:......tw......|
00000090 ff ff ff 91 e4 ea c4 c8 e0 dd c7 e8 ea c4 eb dc |................|
000000a0 b3 ca e2 d8 bd e8 e0 b1 e1 d6 6d d6 e1 6d c5 e0 |..........m..m..|
000000b0 c7 b9 eb e0 06 e8 e8 f3 e4 f3 00 00 00 00 00 00 |................|
O processo de criação desta paleta é semelhante ao explicado anteriormente:
Abra a imagem da paleta do ROM Detectives no Gimp.
Vá em Filters > G'MIC-Qt..., depois em Available Filters, clique duas vezes em Color e escolha Apply Extrenal CLUT.
Em Specify HaldCLUT As, escolha
Filename.Em HaldCLUT Filename, procure pelo arquivo
NES_SMPTE.cube.Em Normalize Colors, selecione
Both.Em Preview Type, selecione
Full.Em Input layers, deixe em
Active (default).Em Output mode, deixe em
In place (default).Clique em Ok para aplicar as correções.
Em seguida, extraia os valores em hexadecimal ("html notation" no Gimp)
das cores e cole-os num editor hexadecimal. Então, salve-os como
nome_da_paleta.pal.
Um conjunto de 37 LUTs foi compilado, incluindo os criados neste
documento. Baixe a última versão 2025 aqui. As tabelas de cores foram
atualizadas para o MAME 0.280 ou versões mais recentes. Descompacte
os arquivos .png dentro da pasta artwork ou crie uma pasta
específica dentro de artwork, como artwork\luts, e ajuste as
configurações para o caminho correto do seu sistema operacional. É
possível configurar uma paleta específica em ini\source\nes.ini ou
usar a própria interface do MAME para alternar entre elas, conforme
explicado explicado anteriormente.
Nota
Esses LUTs também estão disponíveis no git do MAMEDEV em mame-goodies.
Nota
Para remover o efeito "blur" (borrado) nas versões OpenGL do
MAME durante o uso de Luts com o nes, use a opção prescale no arquivo ini\source\nes.ini. O
valor 4 (médio), remove todo o efeito porém a emulação consumirá
um pouco mais de recursos podendo deixar a emulação mais lenta
dependendo da capacidade do seu sistema.
Dica
Experimente começar com o LUT 01 - NES NTSC SAT_x2.png. Este LUT foi criado com uma saturação duas vezes maior.