深入解析scrtwpns/mixbox项目中的Shader实现与应用

深入解析scrtwpns/mixbox项目中的Shader实现与应用

mixbox Mixbox is a library for natural color mixing based on real pigments. 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/mi/mixbox

项目概述

scrtwpns/mixbox是一个专注于色彩混合技术的项目，它提供了一套跨平台的着色器解决方案，用于实现专业级的颜料混合效果。该项目通过精心设计的算法，解决了传统RGB色彩空间混合时出现的色彩变灰、饱和度下降等问题。

核心着色器实现

基础架构

项目提供了四种主流着色语言的实现版本：

1. GLSL：用于OpenGL/WebGL平台
2. HLSL：用于DirectX平台
3. Metal：用于苹果生态系统
4. OSL：用于离线渲染

每种实现都遵循相同的算法核心，但针对各自平台特性进行了适配。

核心混合函数

项目中最重要的两个函数是：

vec3 mixbox_lerp(vec3 rgb1, vec3 rgb2, float t)

和

vec3 mix_three(vec3 rgb1, vec3 rgb2, vec3 rgb3)

前者实现两种颜色的线性插值混合，后者则扩展为三种颜色的加权混合。

技术实现细节

1. 色彩空间转换：

   • 使用mixbox_rgb_to_latent将RGB转换为潜在空间(latent space)
   • 在潜在空间进行混合运算
   • 使用mixbox_latent_to_rgb转换回RGB空间

2. 查找表(LUT)优化：

   • 所有实现都依赖mixbox_lut.png查找表
   • 通过纹理采样加速复杂计算
   • 支持线性/非线性色彩空间切换

实际应用示例

基础双色混合

vec3 rgb1 = vec3(0, 0.129, 0.522); // 钴蓝色
vec3 rgb2 = vec3(0.988, 0.827, 0); // 汉莎黄色
float t = 0.5; // 混合比例

vec3 rgb = mixbox_lerp(rgb1, rgb2, t);

三色加权混合

vec3 rgb1 = ...; // 颜色1
vec3 rgb2 = ...; // 颜色2
vec3 rgb3 = ...; // 颜色3

// 30%颜色1 + 60%颜色2 + 10%颜色3
vec3 result = mix_three(rgb1, rgb2, rgb3, 0.3, 0.6, 0.1);

专业颜料色彩库

项目内置了13种专业颜料的精确色彩数据，包括：

1. 镉黄(Cadmium Yellow)
2. 汉莎黄(Hansa Yellow)
3. 镉橙(Cadmium Orange)
4. 镉红(Cadmium Red)
5. 喹吖啶酮洋红(Quinacridone Magenta)
6. 钴紫(Cobalt Violet)
7. 群青蓝(Ultramarine Blue)
8. 钴蓝(Cobalt Blue)
9. 酞菁蓝(Phthalo Blue)
10. 酞菁绿(Phthalo Green)
11. 永久绿(Permanent Green)
12. 树汁绿(Sap Green)
13. 熟赭(Burnt Sienna)

每种颜料都提供了标准RGB、浮点RGB和线性RGB三种表示形式，满足不同渲染管线的需求。

色彩空间注意事项

项目中可以通过定义宏MIXBOX_COLORSPACE_LINEAR来切换色彩空间：

// 取消注释以使用线性色彩空间
// #define MIXBOX_COLORSPACE_LINEAR

这一设计使得项目可以灵活适应不同的渲染管线配置，特别是在基于物理的渲染(PBR)流程中，通常需要使用线性色彩空间以获得准确的光照计算。

性能优化建议

1. 纹理采样优化：

   • 确保LUT纹理使用正确的过滤模式(通常为线性过滤)
   • 在Metal中正确绑定纹理到指定槽位

2. 混合计算优化：

   • 对于静态混合比例，可以预计算latent空间表示
   • 多颜色混合时，合并权重计算

3. 平台特定优化：

   • 在HLSL中使用SampleLevel而非Sample避免mipmap计算
   • Metal中注意纹理参数传递方式

应用场景

1. 数字绘画软件中的混色功能
2. 3D渲染中的材质混合
3. 游戏引擎中的实时色彩过渡
4. 色彩教学演示工具
5. 专业图像处理算法

总结

scrtwpns/mixbox项目通过创新的算法设计和跨平台的实现，为数字色彩混合提供了专业级的解决方案。其核心在于将RGB色彩转换到专门设计的潜在空间进行混合运算，再转换回RGB空间，从而避免了传统混合方式导致的色彩质量下降问题。项目提供的多语言实现和丰富的颜料库，使其可以方便地集成到各种图形应用中。

mixbox Mixbox is a library for natural color mixing based on real pigments. 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/mi/mixbox