实验 Unity Linear Color Space 发现结果不符合预期

　　美术前上个礼拜找我问光照图总是烘焙过暗的问题，一时兴起我在 Gamma 和 Linear 两个颜色空间切换了下，发现一个 Shader 明暗不同，另一个 毫无变化，于是激发了我去研究下在 Unity 里使用 Linear 的细节。（虽然最后发现美术的问题跟这个不太有关系）

　　这里不想在过多冗长的去复述关于所有 Gamma 校正的历史和概念，假设已经阅读过相关资料，比如以下（包括但不限于）：

　　https://www.cnblogs.com/murongxiaopifu/p/9001314.html

　　https://blog.csdn.net/candycat1992/article/details/46228771

　　https://developer.nvidia.com/gpugems/GPUGems3/gpugems3_ch24.html

　　https://www.qiankanglai.me/2014/12/24/gamma-correction/

　　https://docs.unity3d.com/Manual/LinearLighting.html

　　这里仅仅讨论下 Unity 平台下 Linear 空间下渲染出现的和预期不一致的错误（姑且先叫错误，着实还不明白的地方），和所理解然后预期的结果不一致。测试场景也很简单，制作三张红色贴图A, B 和 C，其中 A 和 B 一样：（127,0,0），C 为（187,0,0），其中187=((127/255)^0.45)*255。A 导入选项为 Linear，不勾选 sRGB，B 勾选 sRGB，C勾选 sRGB。

     

                        A                                                            B                                                           C

　　可以发现，A 保持颜色不变，B 和 C 的颜色都变暗，都被做了 Gamma 校正 2.2，所以更暗；尤其是 C，原本 187 的颜色被矫正后，正好变成127，这是符合预期的。

　　接下来在场景中创建三个材质，使用 Shader:Unit/Texture 来显示贴图本身颜色，贴图分别使用 A, B, C；然后创建一个 Sphere 分别使用这三个材质在 Linear 空间下渲染查看颜色。显示效果如下：

     

                       A                                                                                 B                                                                       C

　　然而预期结果为：球 A 和 C 均为 （127,0,0），B 为（55,0,0）。根据：A 贴图为 Linear，采样后不会被硬件 Gamma 2.2 而维持原样，Shader 计算输出到 ColorBuffer 时 Gamma 0.45 提亮，最终输出到显示器再 Gamma 2.2，最终输出颜色（127,0,0）；B 贴图为 sRGB，采样后被硬件 Gamma 2.2 为 ((127/255)^2.2)*255=55，然后 Shader 中计算输出 ColorBuffer 时 Gamma 0.45 变回到127，最终被显示器 Gamma 2.2，输出颜色（55,0,0）；

　　以上可以看到实际渲染结果和预期结果的差异：实际渲染结果都被“提亮“了，都额外的被多增加了一个 Gamma 0.45。可是至少 Linear 的图片是什么颜色就应该输出什么颜色。于是将以上三种情况分别在手机上使用 RenderDoc 抓帧分析下。

　　场景 A：

以上分别显示了 A 场景中，图片的格式，以及纹理缓存的格式：

　　Red127_Linear 格式：GL_COMPRESSED_RGB8_ETC2，颜色为（127,0,0）；

　　Color Buffer 格式：GL_SRGB8_ALPHA8，颜色为（187,0,0），

　　由于写入 ColorBuffer 会做 Gamma 0.45 的校正，所以 ColorBuffer 这个颜色是正确的，配合显示器的 Gamma 2.2 校正，应该正好为（127,0,0）。可是实际上显示器输出的就是 ColorBuffer 的内容（187,0,0），像是没有经过 Gamma 2.2 校正；抑或是因为 sRGB 格式的 ColorBuffer 再次被 Gamma 0.45，然后再被显示器 Gamma 2.2，否则如何解释呢？暂时不明白。

　　

　　那么再看下场景 B：

　　Red127_sRGB 格式：GL_COMPRESSED_SRGB_ETC2 颜色为（55,0,0），因为 sRGB 图片做了 Gamma 2.2 校正；

　　ColorBuffer 格式：GL_SRGB8_ALPHA8，颜色为（127,0,0），

　　所以当 Color 输出到显示器做了 Gamma 2.2 校正后，实际颜色应该为 (55,0,0)，然而貌似也少了这一步，跟情况 A 一样。

 

　　最后来看下场景 C:

　　Red187_sRGB 格式：GL_COMPRESSED_SRGB_ETC2 颜色为（127,0,0），因为 sRGB 图片做了 Gamma 2.2 校正；
　　ColorBuffer 格式：GL_SRGB8_ALPHA8，颜色为（187,0,0），

　　最后 ColorBuffer 输出经过显示器的 Gamma 2.2 矫正后应该输出颜色 （127,0,0），然而实际却是（187,0,0），同场景 A 和 B 的情况一模一样。

　　以上测试使用 Unity 2018.1.2f1。

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　　综上，以上三种结果和过程分析都指向一个事实：Unity 在 Linear 颜色空间下直接将 sRGB 格式的 ColorBuffer 输出到了显示器，缺少了 Gamma 2.2 这一步，使得颜色都变亮了，无法得出预期的结果，或许有什么地方理解的还不到位，也或者我缺少了过程中的某个设置，目前还不得而知，如果有哪位大牛知道，还请指点下。

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