Unity - 伽马空间和线性空间是什么与他们之间的不同？

最新推荐文章于 2025-09-03 14:11:20 发布
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本文深入探讨了线性空间和伽马空间的概念，解释了两者之间的区别及其在基于物理的渲染（PBR）中的应用。文章详细介绍了线性空间如何确保颜色的正确相加和相乘，而伽马空间则考虑到屏幕和人眼对亮度的非线性响应。此外，文中还讨论了Unity引擎如何支持线性空间渲染，并提供了在不支持线性空间的平台上实现伽马校正的方法。

译自：http://www.kinematicsoup.com/news/2016/6/15/gamma-and-linear-space-what-they-are-how-they-differ

线性空间照明的概念越来越多的被开发人员使用，为了达到下一代真实感使用基于物理的渲染。虽然线性空间和其对应的伽马空间是很简单和重要的概念，下文说明了两种空间是什么，它们的不同，和它们是如何使用的。

线性空间

首先我们需要了解线性颜色空间的概念。简单的说，它意味数值强度与它的感知强度成正比。这意味着可以正确的添加和相乘颜色。一个颜色空间没有属性叫"non-linear"。下面是一个双倍强度值在线性空间和非线性空间的例子。虽然在线性空间中相应数值是正确的，但是在非线性空间中，我们不能简单的通过加法得到结果，相机对于光强的感知是基于线性的，业界的图片都是存储在Gamma空间中，那么相机的到最终的图片就会经历一个编码过程，也就是Gamma编码， Vout = Vin(1/2.2) ；
在这里插入图片描述

伽马空间

需要使用伽马的两种主要情况：首先屏幕对强度是非线性的相应。另一点人眼在暗色的识别比在亮色的识别更好，这意味着图片压缩到存储空间，我们想得到更好的精度对于暗强度，且牺牲了较亮强度。这两个问题都是通过伽马矫正来解决的问题，伽马校正是指将图片中的每个像素强度他通过幂函数进行处理。具体来说，gamma是应用于图像的幂的名称。

11173460-ce83e7f0a67db748.png [点击并拖拽以移动]

下图显示了gamma值的不同

在这里插入图片描述

颜色空间和渲染管线

当时使用伽马管线渲染，纹理将传给shader，进行gamma修正，下一步进行光照计算。之后图片将输出到屏幕上进行显示并调整显示的伽马值。这种操作是很简单的，没有物理修正。在真正的生活中，光照现象是线性的，这意味着复杂光源对光照表现的贡献是同时添加到正确的强度。这样着色的过程是线性的，这意味着着色的结果不是真正的准确，但是在显示修正后表现的很好，然而随着对真实沉浸感渲染的需求不断增加，这种方法已经不再适用。
PBR的典型实践是使用线性管道。在将输入颜色、纹理传给线性空间之前将伽马修正移除。当着色完成，结果在物理上是正确的因为着色和输入都在同样的空间。之后，后处理也在线性空间中，后处理通常是线性的。最后对图像进行伽马修正以将正确的结果显示出来。

Unity中的颜色空间

Unity可以很方便的切换颜色空间，对于许多项目渲染管线可以无缝工作。通常Unity只在PC、Xbox、PS平台支持线性渲染。对于这些平台：Edit -> Project Settings -> Player -> Other Settings中来切换空间。
这样Shaders将接受无伽马修正的纹理。
当渲染适用HDR的线性颜色空间，Unity全部的后处理将在线性空间中。当只启用线性色彩空间的时候，Unity将是哟个gamma帧缓存，但是当都写得时候，Unity将自动将颜色空间进行转换，这样图片效果还在线性空间中被处理。
虽然Unity在一些平台上不支持线性空间，但是可以通过在shader中实现pow()方法来实现伽马修正，这个方法将有较大的性能消耗。

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祝你万事顺利的博客
07-16 975
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Unity手游开发：伽马空间与线性空间总结
09-19 960
目前一般的图像的保存都是在伽马空间。即，在保存时，将图片进行一次伽马转换将图片变得更亮进行存储。由于伽马转换后保存的图片都是提亮后的，所以对图像进行数值计算时得到的值都是不准确的。线性空间对颜色亮度的处理是线性的，即默认处理的图片都是未经伽马转换的正常颜色图，在线性空间对图像的数值计算是准确的。
线性颜色空间与伽马颜色空间
一直在笑的博客
03-29 5122
一、什么是线性颜色空间和伽马颜色空间？         线性颜色空间是指与显示亮度值之间呈线性关系的像素值空间。         伽马（Gamma）颜色空间是指线性颜色空间中的像素值经过伽马校正得到的颜色空间。         之所以使用伽马颜色空间是由于早期CRT显示器的输入电压与显示亮度值之间呈一种非线性关系，如图1所示，这个非线性关系曲线近似为指数函数曲线，这个指数称为Gamma。
unity3D中的伽马空间和线性空间
小孔明的专栏
02-08 1970
unity3D有两个颜色空间（color space）。伽马空间和线性空间。 以及基于这两种颜色空间所定义的工作流，即伽马工作流和线性工作流。 所谓线性空间和伽马空间，除了前面提到的颜色空间定义之外，还可以粗略地理解为： 图2-11中横坐标的客观反射率（此时称为源颜色）。选用指数为1的线性函数对其进行变换。 此时得到的依然是呈线性规律变化的主观反射率（或叫做目标颜色）。 称这些目标颜色构成的颜色...
伽马空间与线性空间
bill2ccssddnn的专栏
12-01 8890
随着真实性更高的基于物理渲染（PBR）的到来，线性空间（Linear space）光照计算也越来越被经常提及。虽然线性空间和与之“对立”的伽马空间（gamma space）是简单而重要的概念，但很多开发者对它们的真正意义并不了解。这篇文档将会介绍伽马空间和线性空间、它们之间的区别以及在Unity引擎中的应用。LINEAR SPACE线性空间是什么？简单的说，在线性空间对数字化的颜色和光照强度进行相加
Unity - gamma space下还原linear space效果
Jave.Lin 的学习笔记
01-24 2512
还有头发之后的 （头发没有处理完整，因为使用 ASE 连连看练出来的，使用 surface shader，虽然可以生成一下 vert, frag 的方式在修改，但是我懒得去修改了，这样就是 PBR 的 BRDF 里面的部分曲线是不一样的，所以可以看到头发有一些差异）其实上面的代码判断 是否有分量 > 1.0f 的方式来判断是否 HDR 是不太合理的，因为不同的贴图格式的编码方式不同。还有比较隐蔽的一些颜色相关的常量值 （比如PBR中的 绝缘体的 F0 常量值，等等）
Unity - 踩坑日志 - 低版本线性颜色空间渲染异常的 “BUG”
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今天发现我自己新建的一个试验工程，PBR 线性工作流是没有问题的 然后在公司中会有问题 诊断了一整天，最后发现这个项目的代码有使用到 builtin shader 源代码 下载了 对应 unity 版本的 builtin shader 覆盖后，终于是修复了
Unity & PS Linear Workflow - Unity 和 PS 的线性工作流实践 - 简单配置示例
Jave.Lin 的学习笔记
09-04 4103
因为 新的 Unity 项目人物走写实PBR风格 所以铁定基于 Linear Workflow 比基于 Gamma Workflow 的渲染效果更好 但是 Linear Workflow 下对 美术工作流不太友好，下面就实验并总结一些方案的优缺点 供大家选取
Unity中的伽马（Gamma）空间和线性（Linear）空间
m1234567q的专栏
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4.8 伽马空间和线性空间
xxxxxxxx___的博客
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【代码】4.6 伽马空间和线性空间。
U3D线性空间及UI相关
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首先说一下碰到的问题：应美术的要求，项目的Color Space转换为Linear Space（默认为Gamma Space）。转换后，UI出现了半透及颜色偏差的问题。 Gamma space：从纹理中采样得到的数值（G(x)1/gamma）直接参与shader计算，然后传入color buffer混合，最后传入Frame Buffer等待渲染。 Linear space：勾选sRGB，u...
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06-28 9468
前言 首先这篇文章是Unity工程师所写的，本人只是为了作为学习和方便查找进行了搬运。Unity一直是我使用的最多的工具，而伽马空间和线性空间的使用也一直是困惑我的地方，因此在博客中进行了搬运。向提供这么好的工具的Unity工程师致敬。原文链接这里 什么是伽马空间 通常物体呈现出来的颜色和我们用眼睛看到屏幕上的最终颜色是不一样的。 下图01中有三张图片。左边偏亮的才是真实的颜色。这里的...
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参考 Unity文档 知乎文章 深入理解线性空间与HDR 伽马矫正 因为人眼对暗部的感知要远敏感于亮部，所以在有限的位数限制下，用线性的方式储存颜色值有些浪费（过多的颜色值被用于储存亮部）。因此为了充分利用储存空间，我们将线性空间下的颜色做pow0.45处理(0.45幂次，按照sRGB标准)。这样能够使得更多的颜色值被用于储存暗部信息，这就是编码伽马(gamma encoding)。 在显示时，为了显示出正确的颜色，需要对图片进行解码，这就是显示伽马/解码伽马(gamma decoding)。sRGB标准使
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后学末进才疏学浅，试图用不那么抽象的方式聊聊我理解的颜色空间。 必然有误与疏漏，恳请各位大大指正，拜谢。 学习参考内容： 【图形学】我理解的伽马校正（Gamma Correction） [Unity3d]总结Gamma Space与Linear Space Unity3D - 颜色空间 （Color Space） 色彩校正中的 gamma 值是什么？ 一、颜色空间 做图形相关...
关于线性空间和伽马空间
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前几天遇到了新项目在线性空间下使用NGUI装载半透图显示问题，如下图所示，两张图片是同一张，上面的texture是经过了shader处理所以显示正常，但是我们可不可以在导出图片时候就已经把图片设置好呢？ 就这个问题咨询了公司新来的渲染专家，发现UGUI也有这个问题的，看了挺久还是使用了shader去转一下伽马，听得过程一脸懵逼，最后在我的坚持下，专家推荐了下面文章的链接，对我认识线性和伽马空...
线性和伽马色彩空间之间怎么转换
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<think> 我们讨论的是色彩空间转换，特别是线性和伽马色彩空间之间的转换。根据引用内容，伽马空间转换对视觉有显著影响（引用[1]），并且转换涉及线性代数中的基底变换（引用[2]）。同时，引用[3]解释了为什么线性空间更接近真实情况，而引用[4]提到了Unity中色彩空间的切换。 转换公式： 1. 线性空间转伽马空间（编码）：$C_{\gamma} = C_{\text{linear}}^{1/\gamma}$ 其中 $C_{\gamma}$ 是伽马空间的值，$C_{\text{linear}}$ 是线性空间的值，$\gamma$ 是伽马值（通常为2.2）。 2. 伽马空间转线性空间（解码）：$C_{\text{linear}} = C_{\gamma}^{\gamma}$ 注意：在实际应用中，我们通常使用近似伽马值2.2（sRGB标准）或2.4（某些视频标准）。但有时为了计算效率，会使用近似函数。 步骤分解： 步骤1：将伽马空间的颜色值转换到线性空间（解码） - 对于每个颜色通道（R, G, B），应用转换公式 - 例如，如果输入颜色为$(r_{\gamma}, g_{\gamma}, b_{\gamma})$，则线性空间颜色为： $$r_{\text{linear}} = r_{\gamma}^{2.2}$$ $$g_{\text{linear}} = g_{\gamma}^{2.2}$$ $$b_{\text{linear}} = b_{\gamma}^{2.2}$$ 步骤2：在线性空间中处理颜色（例如渲染、混合等） - 线性空间中的操作是符合物理规律的，例如光照计算、颜色混合等。 步骤3：将线性空间的颜色转换回伽马空间（编码）以用于显示 - 使用逆转换： $$r_{\gamma} = r_{\text{linear}}^{1/2.2}$$ $$g_{\gamma} = g_{\text{linear}}^{1/2.2}$$ $$b_{\gamma} = b_{\text{linear}}^{1/2.2}$$ 注意：在转换过程中，我们通常假设颜色值已经在0到1的范围内。如果使用8位颜色（0-255），需要先归一化。 为什么需要转换？ - 人眼对暗部的变化更敏感，而伽马空间通过非线性分配（更多的位用于暗部）来适应人眼。但是，计算机图形学中的计算（如光照、阴影）需要在线性空间中进行，因为物理世界的光照是线性的。在伽马空间中直接计算会导致错误（如混合颜色变暗）。 实际应用（如Unity）： - 在Unity中，如果选择线性空间（Linear Space），则Unity会在着色器计算前自动将纹理从伽马空间转换到线性空间，并在输出到屏幕时转换回伽马空间。而如果选择伽马空间（Gamma Space），则不会进行转换（引用[4]）。 代码示例（Unity Shader）： - 在着色器中，我们可以使用内置函数进行转换： // 伽马空间转线性空间 fixed3 linearRGB = pow(gammaRGB, 2.2); // 线性空间转伽马空间 fixed3 gammaRGB = pow(linearRGB, 1/2.2); - 但注意，在支持线性空间的平台上，Unity会自动处理大部分纹理（标记为sRGB的纹理）和最终输出。我们只需在需要时手动转换（例如处理非纹理数据）。 特殊情况：sRGB纹理 - 在图形API（如OpenGL、DirectX）中，我们可以将纹理指定为sRGB格式，这样在采样时硬件会自动将其转换为线性空间。同样，在渲染到屏幕时，帧缓冲区设置为sRGB，则硬件会自动将线性空间的计算结果转换回伽马空间。 注意事项： - 并非所有纹理都需要转换：法线贴图、金属度贴图等非颜色纹理通常应标记为线性（不进行转换）。 - 性能：自动转换由硬件完成，效率很高。 引用说明： - 引用[1]指出伽马校正对色彩过渡的影响。 - 引用[2]从线性空间角度解释色彩空间转换是线性变换（但注意伽马转换是非线性的，这里可能是指不同线性RGB空间之间的转换）。 - 引用[3]解释了线性空间渲染流程的优势。 - 引用[4]提到Unity中色彩空间的切换设置。 因此，在图形渲染管线中，正确的色彩空间转换流程是： [图像存储] (伽马空间) -> 解码 -> [渲染处理] (线性空间) -> 编码 -> [显示] (伽马空间) 如果跳过转换步骤，会导致渲染结果不符合物理真实（如光照计算错误）。 相关问题： </think> ### 线性和伽马色彩空间转换方法 线性和伽马色彩空间的转换本质上是非线性变换过程，其数学关系可表示为： #### 1. **伽马校正（线性 → 伽马）** $$C_{\gamma} = C_{\text{linear}}^{1/\gamma}$$ 其中： - $C_{\gamma}$：伽马空间颜色值（0-1） - $C_{\text{linear}}$：线性空间颜色值（0-1） - $\gamma$：伽马值（通常取2.2） ```python import numpy as np def linear_to_gamma(linear, gamma=2.2): return np.power(linear, 1.0/gamma) # 示例：将线性值0.5转换为伽马空间 linear_val = 0.5 gamma_val = linear_to_gamma(linear_val) # ≈0.73 ``` #### 2. **伽马解码（伽马 → 线性）** $$C_{\text{linear}} = C_{\gamma}^{\gamma}$$ ```python def gamma_to_linear(gamma_val, gamma=2.2): return np.power(gamma_val, gamma) # 示例：将伽马值0.73转换回线性空间 recovered_linear = gamma_to_linear(gamma_val) # ≈0.5 ``` #### 3. **实际应用场景** | **操作阶段** | **转换方向** | **目的** | |-------------------|------------------|----------| | 纹理加载时 | 伽马 → 线性 | 确保光照计算在物理正确空间进行[^3] | | 着色器计算 | 保持线性 | 使光照/阴影符合物理规律 | | 最终帧缓冲输出前 | 线性 → 伽马 | 适配显示设备的伽马特性[^1] | #### 4. **Unity引擎中的实现** ```csharp // 手动转换示例 Color gammaColor = new Color(0.5f, 0.5f, 0.5f); Color linearColor = gammaColor.linear; // 伽马→线性 // 渲染管线自动转换流程 void OnRenderImage(RenderTexture src, RenderTexture dest) { Graphics.Blit(src, dest, gammaCorrectionMaterial); // 线性→伽马转换 } ``` 通过**Edit > Project Settings > Player > Other Settings**切换色彩空间[^4]： - Gamma Space：直接输出（移动平台） - Linear Space：自动管理转换（PC/主机） #### 5. **视觉差异对比** | **色彩过渡** | 无转换（错误） | 正确转换 | |-------------------|-------------------|-----------------| | 暗部细节 | 严重丢失 | 清晰可见[^1] | | 颜色混合 | 出现非物理性变暗 | 符合光学叠加原理 | | 高光区域 | 过度饱和 | 自然过渡 | #### 注意事项 1. **8位纹理处理**：需先归一化 ```csharp float linearValue = Mathf.Pow(texel.rgb/255.0, 2.2); ``` 2. **HDR内容**：超过1.0的值需特殊处理 3. **法线/金属贴图**：应保持在线性空间[^3] 4. **性能优化**：使用查找表(LUT)加速转换 > 关键原则：**始终在线性空间进行计算，仅在输入/输出时转换**[^3]。错误的空间转换会导致渲染结果偏离物理真实，尤其影响PBR材质表现。 --- ### 相关问题 1. 如何在Unity中为移动设备优化伽马空间渲染？ 2. 线性空间下HDR与LDR纹理的处理差异？ 3. 如何手动实现sRGB纹理的硬件加速转换？ 4. 伽马校正对PBR材质球反射率计算的影响
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