​

🎨 Linear 与 Gamma 渲染空间深度解析

​

📚 1. 理论基础 (Theoretical Basis)

​

1.1 核心定义

• Linear Space (线性空间): 物理世界是线性的。如果光的强度增加一倍，光子的数量也增加一倍 ($1 + 1 = 2$)。在渲染中，这是光照计算必须发生的空间，以保证物理准确性。
• Gamma Space (伽马空间): 传统的显示器（CRT 时代遗留）并非线性输出亮度，而是遵循指数曲线（通常 $\gamma \approx 2.2$）。为了适应这种非线性并在 8 位图像中保存更多暗部细节，我们在存储图片时会进行Gamma Encoding（提亮）。

​

1.2 数学模型

• Gamma Encoding (编码): 在保存图片时，将线性颜色 $C_{linear}$ 转换为 $C_{sRGB}$： $C_{sRGB} = C_{linear}^{(1/2.2)}$ (约为 0.45 次方，图像变亮)
• Gamma Decoding (解码/显示): 显示器将信号转换为物理光线： $L_{display} = C_{sRGB}^{2.2}$ (约为 2.2 次方，压暗，最终还原为线性物理亮度)

​

1.3 设计心理学

• 真实感 (Realism): PBR (Physically Based Rendering) 极其依赖 Linear Space。因为能量守恒公式只有在线性空间下才成立。
• 美术直觉: 在 Gamma 空间工作的美术人员习惯了”手动补光”来对抗错误的暗部堆积，切换到 Linear 后，场景通常会变亮并显得更自然，需要重新调整打光习惯。

​

🛠️ 2. 实践应用 (Practical Implementation)

​

2.1 Vampirefall 适配指南

​

📋 切换清单 (Checklist)

1. Unity 设置:
   • Project Settings -> Player -> Other Settings -> Color Space: 切换为 Linear。
   • 注意: 这要求最低图形 API 为 OpenGLES 3.0 (Android) / Metal (iOS)。
2. 纹理设置 (Texture Importer): 这是最容易出错的地方。Unity 需要知道哪些图是”颜色”，哪些是”数据”。

   纹理类型	sRGB (Color Texture)	说明
   Albedo / Diffuse / BaseColor	✅ 勾选	这类贴图是在 sRGB 空间绘制的，Unity 采样时需自动转为 Linear。
   UI Sprites	✅ 勾选	同上。
   Normal Map	❌ 不勾选	法线是方向数据，必须保持线性值。
   Mask Map / Metallic / Roughness	❌ 不勾选	非颜色数据参与计算，不可进行 Gamma 转换。
   Noise / LUT	❌ 不勾选	数学查找表必须精确。

3. UI 系统 (Canvas):
   • 旧版 Unity UI 在 Linear 空间下可能显得”发白”或”混合不正确”。
   • 确保 UI Shader 支持 Linear (通常 Unity 内置 UI Shader 已处理)。
   • 对于半透明 UI，Blend Mode 的数学计算在线性空间下结果不同，可能需要美术调整透明度。

​

2.2 Shader 修正

// ❌ 错误做法 (Legacy Gamma)
// 假设 tex2D 读出来的是 Linear (如果 sRGB 没勾选)，又手动 pow 了一次
fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv);
col.rgb = pow(col.rgb, 2.2); // 不要这样做！让硬件采样器做

// ✅ 正确做法 (Linear Workflow)
// 确保贴图勾选 sRGB，采样器会自动返回 Linear 值
fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv);
// 直接进行光照计算
fixed3 final = col.rgb * lightColor * NdotL;

​

🌟 3. 业界优秀案例 (Industry Best Practices)

​

3.1 案例分析

• 《Genshin Impact (原神)》:
  • 全流程 Linear Space。
  • 特点: 卡通渲染 (NPR) 同样受益于 Linear Space，主要体现在阴影梯度的柔和过渡上。Gamma 空间下的阴影过渡通常非常生硬直接。
• 《Kingdom Rush Vengeance》 (参考):
  • 虽然是 2D 风格，但现代 2D 引擎常开启 Linear 空间以获得更好的粒子混合效果（Additive Blending 在 Linear 下更柔和，不易过曝）。

​

3.2 优缺点对比

​

3.3 总结与建议

1. 必须使用 Linear 空间。我们的 3D 塔防和 Roguelike 技能特效涉及大量透明混合，Linear 空间能解决”光效光污染”严重的问题。
2. Lint 工具: 编写一个简单的编辑器脚本，扫描所有名为 *Normal*, *Mask*, *Data* 的纹理，确保它们的 sRGB 选项被关闭。

​

3.4 常见疑问 (FAQ)

• 机制: 在 Gamma Space 模式下，Unity 的采样器不仅不会进行 Linear 转换，通常也会直接忽略贴图的 sRGB 标记。Shader 拿到的永远是贴图里的原始像素值 (Raw Value)。
• 为什么建议勾选:
  1. 语义正确: 标记这是”颜色”而不是”数据”。
  2. 无痛切换: 如果未来项目决定升级到 Linear Space，你不需要重新去勾选几千张贴图。
  3. UI 兼容: 部分旧版 GUI 系统依赖此标记识别 Alpha 通道行为。

• 贴图资源: 是兼容的。只要你的纹理 Import Setting 设置正确（Albedo 勾选 sRGB，Normal 不勾选），Unity 会根据当前的 Color Space 自动决定如何采样。Gamma 模式下读取原始值，Linear 模式下硬件去除 Gamma 曲线。同一份资源可以用于两种空间。
• 需要注意的副作用:
  1. 光照贴图 (Lightmaps): 必须重新烘焙。旧的光照贴图是基于错误的衰减计算的。
  2. 材质效果: 画面会突然变亮或变暗（通常暗部会变亮，高光会更柔和）。美术需要调整材质球参数（Intensity, Smoothness）来适配新的光照反应。
  3. 自定义 Shader: 如果你的 Shader 里为了在 Gamma 空间下好看写死了一些 Magic Number 或者 pow(x, 2.2)，切换后需要把这些 Hack 去掉。

• URP 的设计初衷: Universal Render Pipeline (URP) 的核心光照模型和后处理栈 (Post-processing Stack) 都是基于 Linear Space 设计的。如果你强制用 Gamma，你会发现 HDR、Bloom、Tonemapping (色调映射) 的效果都会变得很奇怪。
• PBR 材质: 现在 Asset Store 买的素材基本都是 PBR 标准。PBR 的能量守恒公式只有在 Linear 空间下才是数学正确的。
• 唯一例外: 极少数纯 2D 像素风游戏 (Pixel Art)，且完全不使用光照和半透明特效，美术希望”屏幕上显示的颜色 = 我在 PS 里画的颜色 (RGB 值完全一致)“，这时候有人会选择 Gamma 以获得绝对的色彩控制权。但即使是 2D 游戏，为了特效好看，现代项目也倾向于用 Linear 配合 Tonemapping。

​

🔗 4. 参考资料 (References)

• 📄 Unity Documentation: Linear rendering overview
• 📄 NVIDIA: GPU Gems 3 - The Importance of Being Linear
• 📺 Filmic Worlds: Linear Space Lighting (John Hable)