【光照】UnityURP为什么要[Gamma矫正]？
【从UnityURP开始探索游戏渲染】专栏-直达伽马校正的定义与原理
伽马校正是对颜色值进行非线性变换的过程，其核心是通过幂函数（γ函数）调整亮度值，使人眼感知更均匀。数学表达式为：输出 = 输入^γ，其中γ=0.45用于编码（sRGB到线性空间），γ=2.2用于解码（线性空间到sRGB）。
人眼对亮度的感知是非线性的——对暗部变化敏感，对亮部变化不敏感。例如从1根蜡烛增加到2根蜡烛的变化很容易察觉，而从100根增加到101根则难以察觉。
为什么需要伽马校正
伽马校正主要解决三个问题：
[*]存储优化：8位色深(0-255)下，通过伽马编码为暗部分配更多值域，亮部分配较少值域，更符合人眼感知特性。
[*]显示一致性：补偿早期CRT显示器电压-亮度非线性关系(γ≈2.2)，现代显示器通过硬件模拟保持兼容。
[*]渲染准确性：在线性空间计算光照和混合（如PBR），避免亮度计算错误。
历史发展
伽马校正起源于CRT时代，当时显示器物理特性导致输入电压与亮度呈γ≈2.2的幂关系。随着LCD等新技术出现，虽然物理特性改变，但为保持兼容性仍沿用该标准。现代图形管线（如URP）已将其整合为标准化流程。
Unity URP中的实现机制
URP默认使用线性空间（Linear Space），其工作流程为：
[*]输入转换：对sRGB纹理自动应用γ=2.2转换到线性空间。
[*]计算阶段：所有光照和混合在线性空间执行。
[*]输出转换：最终输出应用γ=0.45转换回sRGB空间。
实现原理是通过着色器内置的GammaToLinearSpace()和LinearToGammaSpace()函数完成转换。URP强制使用线性空间是因为：
[*]物理正确性：光照计算符合能量守恒
[*]混合准确性：如半透明叠加效果更真实
[*]跨平台一致性：避免不同设备显示差异
实际应用示例
示例1：手动伽马校正
csharp
// 在Shader中手动校正
float3 linearColor = pow(sRGBColor, 2.2);// sRGB转线性
float3 processedColor = DoLightingCalculation(linearColor);
float3 gammaCorrected = pow(processedColor, 1/2.2);// 线性转sRGB示例2：Unity颜色空间设置
csharp
// 检查当前颜色空间
if (QualitySettings.activeColorSpace == ColorSpace.Linear) {
// 在线性空间下自动处理伽马校正
material.color = Color.red;// Unity会自动处理转换
}示例3：解决PS与Unity混合差异
当PS（Gamma空间）与Unity（线性空间）混合结果不一致时：
[*]在PS中工作于线性空间（编辑→颜色设置→RGB工作空间改为"显示器RGB"）
[*]或Unity中临时切换至Gamma空间（不推荐）
完整伽马校正的示例
代码与示例
[*]Shader部分：
[*]包含完整的URP Shader结构，使用HLSL语法
[*]通过pow(processedColor, 1.0/_GammaValue)实现伽马校正
[*]自动处理sRGB纹理到线性空间的转换
[*]脚本部分：
[*]提供运行时伽马值调整
[*]检查线性空间设置
[*]可选的后处理实现方式
[*]Unity设置：
[*]在Project Settings > Player > Other Settings中：
[*]将Color Space设为Linear
[*]确保URP Asset的Post Processing开启
[*]对非颜色纹理(如法线贴图)取消sRGB选项
[*]GammaCorrection.shader
Shader "Custom/GammaCorrection"
{
Properties
{
_MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
_GammaValue ("Gamma Value", Range(0.1, 3.0)) = 2.2
}
SubShader
{
Tags { "RenderType"="Opaque" "RenderPipeline"="UniversalRenderPipeline" }
Pass
{
HLSLPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl"
struct Attributes
{
float4 positionOS : POSITION;
float2 uv : TEXCOORD0;
};
struct Varyings
{
float2 uv : TEXCOORD0;
float4 positionHCS : SV_POSITION;
};
TEXTURE2D(_MainTex);
SAMPLER(sampler_MainTex);
float _GammaValue;
Varyings vert(Attributes IN)
{
Varyings OUT;
OUT.positionHCS = TransformObjectToHClip(IN.positionOS.xyz);
OUT.uv = IN.uv;
return OUT;
}
half4 frag(Varyings IN) : SV_Target
{
// 采样纹理（自动处理sRGB到线性转换）
half4 col = SAMPLE_TEXTURE2D(_MainTex, sampler_MainTex, IN.uv);
// 手动伽马校正（线性空间计算）
half3 linearColor = col.rgb;
half3 processedColor = linearColor * 2.0; // 示例光照计算
// 应用伽马校正输出
half3 gammaCorrected = pow(processedColor, 1.0/_GammaValue);
return half4(gammaCorrected, col.a);
}
ENDHLSL
}
}
}
[*]GammaCorrectionSettings.cs
using UnityEngine;
using UnityEngine.Rendering;
public class GammaCorrectionSettings : MonoBehaviour
{
public float gammaValue = 2.2f;
void Start()
{
// 确保项目使用线性颜色空间
if (QualitySettings.activeColorSpace != ColorSpace.Linear)
{
Debug.LogWarning("建议在Player Settings中将颜色空间改为Linear");
}
}
void OnRenderImage(RenderTexture src, RenderTexture dest)
{
// 后处理方式应用伽马校正
Material mat = new Material(Shader.Find("Hidden/Universal Render Pipeline/GammaCorrection"));
mat.SetFloat("_GammaValue", gammaValue);
Graphics.Blit(src, dest, mat);
}
}
使用场景
[*]PBR材质：确保光照计算在线性空间
[*]UI混合：避免颜色叠加出现亮度异常
[*]后处理效果：如Bloom、Tonemapping前需要正确伽马空间
注意事项
[*]移动平台需注意GLES 3.0支持，部分设备可能回退到Gamma空间
[*]透明通道(alpha)不参与伽马转换
[*]法线贴图等非颜色纹理应标记为"Bypass sRGB"避免错误转换
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