【太长不看】举例说明Gamma Space & Linear Space_srgb framebuffer

前言

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撰写原因：

其一：以前确实不太注意这个gamma和sRGB的问题，虽然大概知道是怎么回事；但推敲后，感觉真的晕。本人认为结合具体例子来证明Gamma空间和线性空间的区别感觉更有说服力些。这些例子是通过SD两种贴图类型来加以说明的。

其二：写文档就等于在写日记，开心就完事了。

其三：最近想搞搞1bit渲染的相关的内容

本章内容容易混淆，如有纰漏望指正
参考指引：https://blog.csdn.net/u011618339/article/details/80842486

1.gamma空间

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1.1gamma校正和变换

• gamma变换：显示器在显示颜色时做了gamma变换（=近似2.2），让图像变暗

• 如果想要看起来和原来的颜色看起来差不多，那就需要事先gamma（=近似1/2.2）校正

  • 下结论：

    • 存储在计算机上的图像让人观看一般都是事先经过gamma（=近似1/2.2）校正的, 现在设置的目的是为了比较符合人眼的感知。
      

    • 如果图片捕获后什么都不做的话，会直接经过显示器的gamma变换，那么整个图像就是偏暗的
      

    • 处理图片的工具一般是读取文件数据，而不是显示器的颜色。

• gamma值不唯一，于是定义了同一的颜色空间标准sRGB

  • 颜色空间：波长与数值的对应关系。也可以解释为模拟与数字信号的对应关系

    sRGB标准，是一种非线性的颜色映射关系，早期用于应对显示器的显像问题。

    举个例子在sRGB标准下的（0.5,0.5,0.5）并不是你认为的0与1之间的50％混合

    使用统一sRGB编码的图像，不同显示器接受sRGB编码信息，输入会免去转换

如果unity使用Gamma空间，sRGB的设置是无效的，贴图总是会被线性采样

如果我们想要比较真实的效果，则需要手动校正，但这样的情况，我们可能无法得到非常正确的结果。

1.2 举个例子

我们在sd中输出两种形式的贴图分别为linear和srgb

sd的颜色空间

我们在sd中创建一个填充节点

sd中的颜色情况，我们在srgb空间下工作的，sRGB预览下颜色和显示是一致的。

linear预览模式，实际就是gamma校正后的颜色，当这个颜色真正输出到屏幕上时会进一步做gamma变换，这样与fig1显示一致

贴图导出

同一节点的颜色数据我们用两种形式srgb和linear两种格式导出

• linear：文件存储时数据不变（就是原来sd中原来的显示效果），显示器显示时gamma变换的效果
• sRGB：文件存储时数据经过gamma校正（就是原来sd中linear预览效果），显示器显示是gamma变换的效果

Unity

unity空间我们设置为gamma空间，贴图颜色是被线性采样的。
如果我们使用srgb贴图，文件读取的数据是gamma校正的数据。经过shader后（我们并没有做任何的光照处理），输出屏幕前，会再次进行gamma变换。(左图）

如果我们使用linear贴图，文件读取的数据是未经过gamma校正的数据。经过shader后（我们并没有做任何的光照处理），输出屏幕前，会再次进行gamma变换。(中间图）
如果我们使用linear贴图，文件读取的数据是未经过gamma校正的数据。经过shader后（我们并没有做任何的光照处理，但是人为加入了校正），输出屏幕前，会再次进行gamma变换。(右图）

2.线性空间

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2.1 sRGB Frame Buffer

Linear贴图如果你在gamma空间什么都不做，得出的是下图中的第一行结果。

下一行是使用sRGB Frame Buffer，它能够在结果输出到显示器这个阶段前做sRGB伽玛校正，当CPU读取FrameBuffer时不进行转换：

• 提问: 选择SRGB Frame Buffer而不是在shader中人为校正的理由
  • sRGB Frame Buffer是由硬件支持的，运算速度更快
  • 但是对硬件有要求

2.2 sRGB Sampler

当使用线性空间时，srgb贴图应该转换为linear贴图.
我们注意到unity的贴图资产的设置中，有sRGB的选项，如果勾选它，则表明这是一个存在非线性颜色映射关系的贴图，需要解码才能使用。如果不勾选，则表明这是一张线性贴图。

2.3 举个例子

unity为线性空间。我们使用的贴图还是上一节的那两张，这个是目标显示颜色:

Linear贴图取消sRGB选项

srgb贴图，取消srgb选项，作为线性贴图使用，此时数据保留gamma校正数据，因此渲染结果变亮了

• 提问：
  • srgb贴图勾选srgb选项最终的输出结果？和目标显示差不多
• linear贴图勾选srgb选项最终的输出结果？比目标显示暗

3.总结

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gamma 空间下的2种情况

linear空间下的4种情况

其他发现

还发现，如果shader中是使用纯数值来作为颜色的输出，就会发生这样的现象

数值=0.5,左侧gamma空间显示颜色值=0.5，右侧线性空间则显示0.73。理由大概如下（我承认我有赌的成分）：

4.两个空间的意义

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一般情况下，albedo贴图会存储为srgb格式，视觉上会更加舒服。数值类贴图例如金属，粗糙度则为linear，否则转换会产生精度的损失，数值类贴图要求精确。

如果我们追求真实感渲染，选择linear空间

• 为什么sRGB空间下的图像看起来更舒服
  因为人眼对暗部更敏感，SRGB颜色编码暗部的量化差距小，量化精度一致时，同样跨度的编码值可以表示更细微的过渡，就存在更多的暗部 palette
  
• gamma空间计算更容易出错
  • srgb图是带有gamma校正，存在幂运算
  • 对比度越大，曝光就越奇怪