•  Gamma校正

颜色空间

传递函数

什么是Gamma校正？

Gamma可以简单定义为：

Gamma是指线性三色值和非线性视频信号之间进行的解码和编码操作

• 图像经过gamma编码存储在硬盘中，将获取到的物理数据做一次gamma值约为0.45的映射，这样的过程叫做 gamma编码。

由曲线可知，此时图像的像素比实际物理像素要更亮

• 在显示图像时，需要将每个像素做一次gamma值约为2.2的矫正，使最终的结果为正确的物理数据。

经过显示的gamma校正之后，之前偏亮的图像亮度降低

为什么进行Gamma校正？

非线性转换的目的主要是为了优化存储空间的带宽，传递函数能够更好的帮助我们利用编码空间。

由于我们用于显示图像的数据都是8bit，且人眼对暗部变化更敏感，如果要充分利用带宽，那么就需要使用到更多位置去存储暗部值。也就是说暗部使用更高精度保存，而亮度使用更低精度保存。

• 韦伯定律

人眼在感受亮度变化时，对于暗度变化明显比对于亮度变化更加敏感。

• 韦伯定律：即感觉的差别阈限随原来刺激量的变化而变化，而且表现为一定的规律性，用公式来表示，就是△Φ/Φ=C，其中Φ为原刺激量，△Φ为此时的差别阈限，C为常数，又称为韦柏率。

• 简单来说就是，当所受刺激越大时，需要增加的刺激也要足够大才会让人感觉到明显变化，但是只适用于中等强度的刺激

小结

1. 人眼对暗部变化比亮部更加敏感
3. 我们目前所使用的真彩格式RGBA32，每个颜色通道只有8位用于记录信息，为了合理使用带宽和存储空间，需要进行非线性转换。
5. 目前我们所普遍使用的sRGB颜色空间标准，他的传递函数gamma值为2.2(2.4)

CRT

早期我们使用的图像显示器都是CRT（学名:阴极射线显像管），人们发现这种设备的亮度与电压并不成线性关系，而是gamma值约为2.2类似幂律的关系。

CRT与转换函数

1. CRT非线性响应的历史原因
2. 人眼对暗部颜色变化更加敏感

中灰值

• 线性工作流程

• 在生产的各个环节，正确使用gamma编码及gamma解码，使得最终得到的颜色数据与最初输入的物理数据一致。
• 如果是使用Gamma空间的贴图，在传给着色器前需要从Gamma空间转到线性空间。

如果不在线性空间下进行渲染工作，会产生什么问题？

• Unity中的颜色空间

Unity引擎中的颜色空间

通过点击菜单Edit->Project Settings->Player页签->Other Settings下的Rendering部分进行修改，参数Color Space可以选择Gamma或Linear

• 当选择Gamma Space时，Unity不会做任何处理
• 当选择Linear Space时，引擎的渲染流程在线性空间计算，理想情况下项目使用线性空间的贴图颜色，不需要勾选sRGB，如果勾选了sRGB的贴图，会通过硬件特性采样时进行线性转换。

硬件特性支持

线性空间需要图形API的硬件支持，目前支持的平台

1. Windows，Mac OS x 和Linux(Standalone)
2. Xbox One
3. PS 4
4. Android (OpenGL ES 3.0)
5. iOS(Metal)
6. WebGL

主要由两个硬件特性来支持：

• sRGB Frame Buffer

1. 将Shader的计算结果输出到显示器前做Gamma校正
2. 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
3. 调用ReadPixels()、ReadBackImage()时,会直接返回sRGB空间下的颜色
4. sRGB Frame Buffer只支持每通道为8bit的格式，不支持浮点格式
5. 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

• 资源导出问题

Substance Painter

当Substance的贴图导出时，线性的颜色值经过伽马变换，颜色被提亮了，所以需要在Unity中勾选sRGB选项，让它在采样时能还原回线性值。

PhotoShop

如果使用线性空间，一般来说Photoshop可以什么都不改，导出的贴图只要勾上sRGB就可以了。

如果调整PhotoShop的伽玛值为1，导出的贴图在Unity中也不需要勾选sRGB了。

Document Color Profile

• PhotoShop对颜色管理特别精确，Unity里看到的颜色要经过显示器的伽玛变换，而PhotoShop不会，PhotoShop会读取显示器的Color Profile，反向补偿回去
• PhotoShop有第二个Color Profile，叫做Document Color Profile。通常它的默认值就是sRGB Color Profile，和显示器的Coor Profile一致，颜色是被这个Color Profile压暗了，所以PhotoShop中看到的结果才和Unity中一样。

Unity中的混合是线性混合，Photoshop的图层和图层之间做混合的时候，每个上层图层都经过了伽马变换，然后才做了混合。在设置中更改，选择“用灰度系数混合RGB颜色”，参数设置为1，这样图层才是直接混合的结果。