Unity Shader 学习笔记（33）全局光照（GI）、反射探针、线性空间和伽马空间、高动态范围（HDR）

2024-05-29 04:47:48

Unity Shader 学习笔记（33）全局光照（GI）、反射探针、线性空间和伽马空间、高动态范围（HDR）

参考书籍：《Unity Shader 入门精要》
【《Real-Time Rendering 3rd》提炼总结】(八) 第九章 · 全局光照:光线追踪、路径追踪与GI技术进化编年史
官方：ReflectionProbes
官方：Global Illumination
官方：High Dynamic Range Rendering
官方：Linear rendering overview

全局光照（Global illumination, GI）

场景的物体的光线投射到物体会反弹（Bounce）光线到别的物体，产生间接光照。

通过设置Bounces值来控制间接光的强度。

预计算实时全局光照（Precomputed Realtime GI）

动态为场景实时更新复杂的光照结果。
实现原理：先计算静态物体间和光源位置的关系，对动态移动的物体，使用光照探针模拟光照环境。

反射探针（Reflection Probes）

在特定位置对场景采样。在有反射效果的物体在探针附近时，会把探针的结果给物体。多个探针时，做插值。

下图白色带微笑的圆圈就是反射探针。

反射探针还可以实现物体互相反射的效果。（如下反射值为2，第一次反射会是全黑色的。）

线性空间（Linear）和伽马空间（Gamma）

线性空间：采集到亮度为0.5，像素就是0.5。符合计算规则（PBS必须在线性空间计算）。
伽马空间：采集到亮度为0.22，像素是0.5（0.45的编码伽马γ）。根据人眼光灵敏度，调整像素值，充分利用图像的存储空间。

伽马校正：伽马空间转换到线性空间。L_out = L_in^γ

sRGB颜色空间标准下，0.45的编码伽马，配合2.2的显示伽马来相互抵消（2.2 × 0.45 ≈ 1）。线性空间下，输入纹理设置为sRGB模式，对纹理采样时就会转换到线性空间。

高动态范围（High Dynamic Range, HDR）

动态范围：最高和最低的亮度值之间的比值。

HDR使用高于8位的精度来记录亮度信息，可表示超过0~1的亮度值，更精确反映真实光照。尽管最后要把信息转回显示设备的LDR，但中间的计算可以得到更真实的效果，即如果亮度超过1，可以使用**色调映射（tonemapping）**来最大限度保留需要的亮度细节。

缺点：需要更大显存空间，渲染会变慢，一些硬件并不支持HDR。使用HDR就无法开启硬件的抗锯齿功能（可以用屏幕后处理弥补）。

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