【Unity3D日常开发】Unity3D的Color Space（颜色空间）【全解析】_unity color space

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大家好，我是佛系工程师☆恬静的小魔龙☆，不定时更新Unity开发技巧，觉得有用记得一键三连哦。

一、前言

Edit→Player Settings→Other Settings→Rendering→Color Space（颜色空间）

先放一张图感受一下：

在Unity打包选项中，有一个Color Space的选项，有Gamma和Linear两个选项。

主要作用是设置Unity是否对输入的默认贴图进行转换处理，法线贴图不存在这个问题。

Gamma时，Unity不会在后台将图片进行转换，输入的即使是经过矫正的图片，Unity也不会处理，比如Remove Gamma Correction去除伽马校正、Gamma Correction伽马校正都不会发生，除非自己手动实现。

Linear时，Unity就会进行统一线性空间的流程，也就是Gamma Correction，对于sRGB纹理，Unity 会利用GPU对图片进行采样，剔除矫正Remove Gamma Correction，转换到线性空间，然后再传给Shader处理，处理后的图片会再加上Gamma矫正，再显示在屏幕上。

简而言之就是Gamma不会对输入和输出进行处理，Linear会对sRGB纹理进行剔除矫正，转换到线性空间，再传给Shader处理。

那接下来，我们就来了解一下Gamma和Linear的原理，以及支持Linear颜色空间的纹理类型，还有支持线性空间的硬件和特性。

二、正文

2-1、纹理与Linear

Unity在导入贴图的导入设置面板中sRGB(Color Texture)选项，勾选它，告诉Unity这是一张sRGB贴图，需要对sRGB编码才可以获得用于光照计算的数据，不勾选，表示这是一张线性贴图，这张贴图的颜色数据可直接用于光照计算。

当然，除了sRGB(Color Texture)选项，其他的类型，比如Normal Map、Light Map都是Linear，设置好类型Unity自己会处理它们。

那什么时候才会用到sRGB贴图呢？

比如在导出贴图时，会对提供色彩信息的贴图，比如Albedo和Specular Color做sRGB编码，这样做的目的是为了让贴图看起来更舒服，更符合人眼感知的方式。

所以，这种情况就可以导出sRBG贴图来使用。但是对于法线贴图、金属度贴图这类用于存储数值信息的贴图，是不做sRBG编码的，所以就当线性贴图来使用。

2-2、什么是sRGB

上述说的解码Gamma只是理想状态下机制。

然而每一台显示器的解码值Gamma值并不统一，会导致同一张图片再不同的显示器上看起来不一样。

解决方案是引入Color Profile(色彩配置文件)，也就是RGB数值与颜色波长之间的对应关系。

图片都再带有一个Color Profile，显示器收到这个文件后，根据显示器自己的Color Profile后转换为屏幕输出该特定波长所需的RGB值。

也就是说Color Profile既有波长这个量值，也有Gamma矫正。

sRGB是一种最常见的Color Profile，是微软联合惠普等厂商联合制定的色彩标准。

sRGB色彩空间就是Gamma色彩空间。

2-3、硬件特性支持

主要由两个硬件特性来支持：

sRGB Frame Buffer

• 将Shader的计算结果输出到显示器前左gamma校正
• 作为纹理被读取时会自动把存储的颜色从sRGB空间转换到线性空间
• 调用ReadPixels()、readBackImage()时，会直接返回sRGB空间下的颜色
• sRGB Frame Buffer只支持每通道8bit的格式，不支持浮点格式
• HDR开启后会先把渲染结果绘制到浮点格式的FB中，最后绘制到sRGB FB上输出
  sRGB Sampler
• 将sRGB的贴图进行线性采样的转换
• 使用硬件特性完成sRGB贴图的线性采样和shader计算结果的gamma校正，比起在shader里对贴图采样和计算结果的校正要快。

2-4、线性空间 Linear Space

在现实世界中，光的强度增加一倍，那么亮度也会增加一倍，这是线性关系。

为了保证数学上准确，光照计算应该在线性空间执行，意即sRGB格式的输入值需要先做sRGB解码——在贴图的导入设置面板中有**sRGB(Color Texture)**选项。

如果勾选开启sRGB，那么在采样时会自动对采样得到的值进行sRGB解码。

此外还设置有一个sRGB格式的buffer，GPU会在shader写入color buffer前自动进行sRGB编码。

这里用到了两个底层图形API：sRGB Sampler和sRGB Frame Buffer。

（如果unity使用Gamma颜色空间，sRGB的设置是无效的，因为贴图总是会被线性采样。）

sRGB (Color Texture)设置的意义：这应该总是检查非hdr颜色纹理(如反照率和高光颜色)。如果纹理存储具有特定含义的信息，并且您需要在着色器中获得准确的值(例如，平滑度或金属)，请取消选中此框。默认情况下选中此框。

实际在unity 中取消勾选sRGB后图片会变亮，我觉得实际可能是下面这样：（不勾选sRGB的图片会被编码为sRGB格式）

sRGB只对RGB通道有效，对alpha通道无效

alpha值不参与任何编码gamma、解码gamma的计算，它直接进入shader，被shader读取；

以MetallicSmoothness贴图为例，存储在Alpha通道的Smoothness，本来就是线性的，不论贴图勾不勾选sRGB，都不会影响它，shader能正确读取它的值。

2-5、Gamma和Linear的优缺点

Linear线性色彩空间

Linear线性色彩空间是一种更接近显示光线传播的标识方式，使用线性关系来处理颜色。

在Linerar线性色彩空间中，颜色值的变化更加准确和自然，能够实现更真实世界的光照效果。

Gamma伽马色彩空间

Gamma伽马色彩空间是一种更符合人眼感知的方式，使用非线性关系来处理颜色。

在Gamma伽马色彩空间中，颜色值的变化更加符合人眼的感知特性，能够更好地呈现对比度和亮度等方面的内容。

总结一下

对于需要更真实光照效果的项目，使用Linear线性色彩空间会更合适。默认颜色空间是Gamma伽马色彩空间。

所有需要人眼参与被创作出来的纹理，都应是sRGB（如美术画出来的图）。

所有通过计算机计算出来的纹理（如噪声，Mask，LightMap）都应是Linear。

这很好解释，人眼看东西才需要考虑显示特性和校正的问题。

而对计算机来说不需要，在计算机看来只是普通数据，自然直接选择Linear是最好的。

三、后记

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