颜色管线与色彩空间

在处理材质贴图、Sampler 或 RenderTarget 时，经常会看到 sRGB/Linear 字样。颜色在渲染时是如何编码解码的？在不同的阶段是怎样的颜色类型？发生怎样的转换？这篇文章尝试回答这些问题。

概念

颜色空间（Color Space）
生成红色、绿色、蓝色和白色的具体颜色。由于可以定义多个颜色空间，这会导致 1,0,0（为例）在一个颜色空间中的颜色更为饱和，例如：Rec709、Rec2020、sRGB、ACES 2065-1等。
颜色编码（Color Encoding）
颜色的数字呈现方式，以及该呈现方式所产生的光，例如：线性、sRGB、伽马、PQ（ST 2084）和多种供应商专用的日志编码。
伽马值（Gamma）
一种非线性的颜色编码方式，主要用于对亮度值进行编码，使用的表达式为$Output=A\times{Input}^{Gamma}$，A 通常使用常数 1.0，这里的Gamma就是我们所说的伽马校正值。
色域（Gamut）
可通过颜色空间、输出设备或特定图像在某一时间的颜色集所代表的颜色子集。
线性颜色空间（Linear Color Space）
一种使用了线性颜色编码方式的颜色空间，它所表示的光照量与存储值成比例，因此该数值翻倍将会使亮度翻倍。
sRGB（sRGB）
在计算机图像（和虚幻引擎）中，sRGB 指的是一种特定的颜色空间和颜色编码方式。你可以使用线性 sRGB，或者 sRGB 编码的 sRGB。如果不澄清颜色空间或颜色编码方式的背景，该术语很可能产生混淆。

简化的渲染管线

渲染通常分为四个阶段：

获取纹理输入，将其导入 LinearColor 的颜色空间中
确定图元可见性和着色，将结果输入 SceneColor
对 SceneColor 进行后处理
最后输出到视口设备中显示

颜色转换

虚幻引擎的隐式工作空间是线性 sRGB。纹理的编码在经过转化后，会将纹理导入到工作空间中。目前这部分是由纹理的 sRGB 勾选框处理的，它表明了纹理文件是否为线性（标记为 false），或者文件是否使用 sRGB 编码（标记为 true）。渲染和后期处理都会在线性空间中直接进行，直到抵达 ToneCurve（ToneMapper 的一部分）。色调曲线会将较大的场景动态范围压缩到 0.0-1.0 之间。最后，我们会从 Linear 转换回 sRGB 编码像素进行展示。