Gamma Correction/Gamma校正/灰度校正/亮度校正

Posted 2022-01-24 Jave.Lin

文章目录

• Unity 中的 gamma、linear 工作流
• Linear 工作流
• References

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我们一般说的 gamma correction 简称 gamma，而 gamme correction 就是对 pow(inputVal, 1.0 / 2.2) 也就是提亮颜色的处理，而 gamme correction 的逆运算可以简称：de-gamma，就是 pow(inputVal, 2.2) 也就是压低亮度的处理

因为我们人眼在看到真实世界中的亮度值时，在眼球编码生物神经电信号给大脑中的灰度感知并非线性的（人眼会将 pow(inputVal, 2.2) 处理，会将原来的线性颜色表现出来的亮度整体偏暗，这种视觉效果感觉很差

所以我们为了提高视觉效果更好，才会在颜色输出给人眼看到之前，先将其提亮颜色，也就是A=pow(inputVal, 1.0/2.2)，这样将提亮过的结果，给到人眼时呈现的是 pow(A, 2.2) 颜色亮度，但是刚刚说过，给人眼看前提亮，人眼编码在大脑压低亮度，这一升一降，刚刚好变成线性的，所以这是在人脑中的灰度信号是线性的，那么视觉上自然就会舒服很多，但是实际上真正的物理亮度是被提亮过的

如果有些设备，如：CRT，也是会降低亮度的输出，那么就在 CRT 输出前 2 次 gamme 校正，这样，CRT 降低1次，人眼再降低1次，刚刚好看起来就像是在 线性变化的感觉（注意这时人眼看到的输出结果都是被提亮过的，不提亮就会偏暗，人眼对灰度的感知编码不是线性的）

下面用 GGB 来显示对应的操作：

• GC⇒ Gamma Correct(因为 CRT、人眼 设备等，会降低亮度的编码方式，所以需要 gamma 校正)
• L⇒ Linear(如果我们传入人眼的是 GC 过得，脑子呈现的灰度将会是 Linear 的变化)
• DGC⇒ De-Gamma Correct (人眼将数据 Linear 后的数据压低亮度就变成这条曲线的亮度)
  

所以如果你在 shader，或是其他一些代码中可能会看到 pow(val, 0.4545) 的其实就是 pow(val, 1.0 / 2.2) 的一个 gamma correct 操作

因为 1.1/2.2 == 0.4545454545 无尽小数部分

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Unity 中的 gamma、linear 工作流

在 Unity 中，涉及到 gamma correct 等颜色空间的有：

• Edit/Project Settings…/Player/Other Settings/Color Space: Gamma 或是 Linear
• 每个纹理资源只要是颜色类型的纹理（不是 AO, Normal, Height 贴图），那么 sRGB 的勾选需要在对应的 Color Space 下选择是否勾选：
  • 在 Color Space 为 Gamma 时，勾上（Unity 默认情况下时会勾上的）
  • 在 Color Space 为 Linear 时，不要勾上
  • 因为 Unity 的纹理的 sRGB 属性意思是：是否对已有颜色数据进行 Gamma Correct 处理，也就是上面 GGB 函数中对应的 GC 函数处理，GC(x) = pow(x, 1.0 / 2.2)，这个纹理里面的数据，给到外部访问、使用时，是否需要先提亮一下的 gamma correct 处理
  • 那么线性空间中，我们需要确保我们输入给 shader 计算的都是 linear 值才行，这样运算结果才能正确，最终输出给屏幕，而输出给屏幕设备有分情况：
    • 我们屏幕设备（如：LED）对输入数据可以线性的控制灰度输出，那么我们只要确保设备是否会硬件层处理了 gamma correct：
      • 如果屏幕硬件没有 gamma correct，那么我们给这种设备输出数据前，收到给 FB(FrameBuffer)，后处理一遍对每个像素 gamme correct 一下 return half4(pow(tex2D(_MainTex, uv).rgb, 1.0/2.2), alpha);
      • 如果有屏幕硬件有集成处理 gamma correct，那么我们就不要再处理任何的 gamma correct 了
    • 如果我们的屏幕设备（如：CRT）对输入数据不可以线性的控制灰度输出，那么我们确保设备是否处理了 gamma，没有的话，同上处理

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Unity 中的 Linear 工作流简单的总结：

• Color Space : Linear
• 只要和直接表述灰度值有关的纹理信息，如：albedo，那么都要确保 sRGB 不要勾上
• 其他数据纹理（AO, NORMAL, HEIGHT ）贴图，也不需要 sRGB，一般你选择了类似类型后，也不会有 sRGB 勾选项的显示，即：不需要的意思
• 然后我们在 shader 中确保有在 last frame buffer 的写入后，给设备数据前，要 gamma 一次就可以了（目前发现，如果在 Color Space : Linear 下，UNITY 会在最后一个 dc 的后处理 gamma 提亮处理）

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Linear 工作流

下面流程图是暂时的编辑结果，还有 gamma 工作流的，后续再增加处理吧

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References

• Color space - unity 官方的文档 - 建议先看这个 大智的讲解（相信里面的部分理解也是看过 韩世鳞 老师的视频）
• Gamma校正与线性工作流入门讲解 - 韩世鳞 老师的讲解，太牛逼了
• Gamma校正 - 结合大部分 DCC 的涉及 gamma 校正的处理，很不错