啥是Gamma Correction？什麼是線上性空間（Linear Space）中做光照計算？ 線性空間這玩意已經說爛了，不過再爛也不是生而知之，該學還得學，這裡總結一下。 先介紹下啥是Gamma（別急，先看下去，這是解釋線性空間的前置知識）。這詞兒N多人聽說過，而且也被各種濫用。這裡只解釋遊戲即時渲染相關的概念。首先，就是老式CRT顯示器的一個問題，給顯示器輸入的電壓和輸出的亮度不成線性關係，啥意思呢，就是你告訴顯示器我這個畫素顏色是0.5，顯示器給個亮度，然後你說下個畫素顏色是1.0，然後顯示器給的亮度不是上一個亮度的兩倍，而是成下面這個函式的關係： Y = pow(X, Gamma) 也就是輸出是輸入的Gamma次方。而一般來說這個Gamma值是2.2（具體值根據各種標準不太一樣，這裡統一認為是2.2）
紅色的曲線就是Y = pow(X, 2.2)的曲線，可以看出，顯示器輸出的圖片是會比想象中的暗的。那麼咋辦呢，各種圖片，視訊等其實在進行資料儲存的時候，都會做Gamma Encode（也會被稱為Gamma Correction，這個詞可能會被用到各種地方，包括Gamma Decode也會被稱為Gamma Correction，為了防止混亂，這裡就不這麼叫了乾脆）。舉個例子，照相的時候，你相機照下照片後是會做一系列後處理，然後再存到SD卡里的，其中有一項後處理就是Gamma Encode，也就是將整體畫面“調亮”，然後顯示器再顯示的時候，再做一次Gamma Decode，這樣顯示的畫面就Gamma抵消了，亮度剛好OK。（你應該注意到高階相機都會可能儲存raw這個格式的圖片，超級大，這種圖片是沒有做Gamma Encode的，就是純記錄下來的原始資料。那麼顯示為啥還正確呢，是因為大部分能開啟raw檔案的軟體，都知道你沒做Gamma Encode，所以軟體會在顯示圖片前給Encode一下）。雖然現代的LCD顯示器已經沒有自帶的Gamma Decode“功能”了，但是為了相容以前的顯示器，還是會調一個Gamme Decode出來。 除此以外，各種圖片視訊會做Gamma Encode的原因還有一個，就是人眼識別光線亮暗的敏感度是不一樣的，人眼在看暗處的時候會比看亮的更加敏感。而由於圖片一般使用8bit每color channel，也就是所謂的24位真彩色，這個儲存資料如果平均分配亮暗程度的話，那麼給暗處的資料量會不夠，人眼會看出明顯“色帶”問題，而如果做了Gamma Encode的話，剛剛好（這可真是湊巧）是把暗處資訊儲存更多，而且儲存的比例也剛好差不多符合人眼對於亮暗敏感程度的比例，這種儲存的影象空間就是耳熟能詳的sRGB影象空間。 下圖就是如果用Linear Encode的話，顯示是什麼樣子的，為了更加顯眼，用的是32階的5bit儲存。注意看暗部細節，明顯不夠用，而Gamma Encode則是亮暗部很均衡。
Linear Encode in 5 bits
Gamma Encode in 5 bits 說了半天都是在講Gamma相關的東西，現在終於說到和遊戲相關的了，其實可能已經猜到了，傳統渲染流程中根本就沒有處理Gamma這個東西，是下面這個流程：
這個流程是錯的，因為直接使用了Encoded Gamma圖去做光照計算，也就是說，使用了非線性的輸入來進行線性計算（shader中計算光照可都是線性的），出來的結果自然是錯誤的。正確做法是先把圖片轉到線性空間（Gamma Decode），然後進行光照計算，然後再把計算結果做Gamma Encode，再輸出給螢幕，也就是下面這個流程圖：
現在對比下兩者的區別，上面的是錯誤的，下面是正確的。可以看出，由於計算錯誤，高光部分已經奇怪的從白色偏移到黃綠色了。我知道很多人覺得上面那個陰影過度很好看，但是如果你觀察現實的話，你會發現現實中的過度邊界就是下面那麼“硬”，如下圖：
如果你喜歡錯誤的那種陰影過度樣式，也應該去調整shader專門做相關渲染，而不是用一個錯誤結果的副產品將就了。 而哪些貼圖需要提前做Gamma Decode呢，原則上來說是Diffuse貼圖。而Normal, Metal, Roughness等只是拿貼圖儲存資料，而不是顏色的貼圖則不要做Gamma Decode。 參考：