Unity自定义后处理——Tonemapping色调映射-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了Unity自定义后处理——Tonemapping色调映射。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

大家好，我是阿赵。
继续介绍屏幕后处理，这一期介绍一下Tonemapping色调映射

一、Tone Mapping的介绍

Tone Mapping色调映射，是一种颜色的映射关系处理，简单一点说，一般是从原始色调（通常是高动态范围，HDR）映射到目标色调（通常是低动态范围，LDR）。
由于HDR的颜色值是能超过1的，但实际上在LDR范围，颜色值最大只能是1。如果我们要在LDR的环境下，尽量模拟HDR的效果，超过1的颜色部分怎么办呢？
最直接想到的是两种可能：
1、截断大于1的部分
大于1的部分，直接等于1，小于1的部分保留。这种做法，会导致超过1的部分全部变成白色，在原始图片亮度比较高的情况下，转换完之后可能就是一片白茫茫的效果。
2、对颜色进行线性的缩放
把原始颜色的最大值看做1，然后把原始的所有颜色进行整体的等比缩放。这样做，能保留一定的效果。但由于原始的HDR颜色的跨度可能比0到1大很多，所以整体缩小之后，整个画面就会变暗很多了，没有了HDR的通透光亮的感觉。
为了能让HDR颜色映射到LDR之后，还能保持比较接近的效果，上面两种方式的处理显然都是不好的。
Tonemapping也是把HDR颜色范围映射到0-1的LDR颜色范围，但它并不是线性缩放，而是曲线的缩放。
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从上面这个例子可以看出来，Tonemapping映射之后的颜色，有些地方是变暗了，比如深颜色的裤子，但有些地方却是变亮了的，比如头发和肩膀衣服上的阴影。整体的颜色有一种电影校色之后的感觉。
很多游戏美工在没有技术人员配合的情况下，都很喜欢自己挂后处理，其中Tonemapping应该是除了Bloom以外，美工们最喜欢的一种后处理了，虽然不知道为什么，但就是觉得颜色好看了。
虽然屏幕后处理看着好像很简单实现，挂个组件调几个参数，就能化腐朽为神奇，把原本平淡无奇的画面变得好看。但其实后处理都是有各种额外消耗的，所以我一直不是很建议美工们只会依靠后处理来扭转画面缺陷的，特别是做手游。

二、Tonemapping的代码实现

1、C#代码

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

public class TonemappingCtrl : MonoBehaviour
{
    private Material toneMat;
    public bool isTonemapping = false;
    // Start is called before the first frame update
    void Start()
    {

    }

    // Update is called once per frame
    void Update()
    {

    }

    private bool TonemappingFun(RenderTexture source, RenderTexture destination)
    {
        if (toneMat == null)
        {
            toneMat = new Material(Shader.Find("Hidden/ToneMapping"));
        }
        if (toneMat == null || toneMat.shader == null || toneMat.shader.isSupported == false)
        {
            return false;
        }
        Graphics.Blit(source, destination, toneMat);
        return true;
    }

    private void OnRenderImage(RenderTexture source, RenderTexture destination)
    {
        
        if(isTonemapping == false)
        {
            Graphics.Blit(source, destination);
            return;
        }
        RenderTexture finalRt = source;
        if (TonemappingFun(finalRt,finalRt)==false)
        {
            Graphics.Blit(source, destination);
        }
        else
        {
            Graphics.Blit(finalRt, destination);
        }
    }
}

C#部分的代码和其他后处理没区别，都是通过OnRenderImage里面调用Graphics.Blit

2、Shader

Shader "Hidden/ToneMapping"
{
    Properties
    {
        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
    }
    SubShader
    {
        // No culling or depth
        Cull Off ZWrite Off ZTest Always

        Pass
        {
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert_img
            #pragma fragment frag

            #include "UnityCG.cginc"

          

            sampler2D _MainTex; 

		float3 ACES_Tonemapping(float3 x)
		{
			float a = 2.51f;
			float b = 0.03f;
			float c = 2.43f;
			float d = 0.59f;
			float e = 0.14f;
			float3 encode_color = saturate((x*(a*x + b)) / (x*(c*x + d) + e));
			return encode_color;
		}

            fixed4 frag (v2f_img i) : SV_Target
            {
                fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv);
				half3 linear_color = pow(col.rgb, 2.2);
				half3 encode_color = ACES_Tonemapping(linear_color);
				col.rgb = pow(encode_color, 1 / 2.2);
                return col;
            }
            ENDCG
        }
    }
}

需要说明一下：
1.色彩空间的转换
由于默认显示空间是Gamma空间，所以先通过pow(col.rgb, 2.2)把颜色转换成线性空间，然后再进行Tonemapping映射，最后再pow(encode_color, 1 / 2.2)，把颜色转回Gamma空间
2.Tonemapping映射算法

float3 ACES_Tonemapping(float3 x)
	{
		float a = 2.51f;
		float b = 0.03f;
		float c = 2.43f;
		float d = 0.59f;
		float e = 0.14f;
		float3 encode_color = saturate((x*(a*x + b)) / (x*(c*x + d) + e));
		return encode_color;
	}

把颜色进行Tonemapping映射。这个算法是网上都可以百度得到的。

三、Tonemapping和其他后处理的配合

一般来说，Tonemapping只是一个固定颜色映射效果，所以应该是需要配合着其他的效果一起使用，才会得到比较好的效果。比如我之前介绍过的校色、暗角、Bloom等。
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可以做出各种不同的效果，不同于原始颜色的平淡，调整完之后的颜色看起来会比较有电影的感觉。
这也是我为什么要在Unity有PostProcessing后处理插件的情况下，还要介绍使用自己写Shader实现屏幕后处理的原因。PostProcessing作为一个插件，它可能会存在很多功能，会有很多额外的计算，你可能只需要用到其中的某一个小部分的功能和效果。
而我们自己写Shader实现屏幕后处理，自由度非常的高，喜欢在哪里添加或者修改一些效果，都可以。
比如，我可以写一个脚本，把之前介绍过的所有后处理效果都加进去：

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;
//[ExecuteInEditMode]
public class ImageEffectCtrl : MonoBehaviour
{
    //--------调色-----------
    private Material colorMat;
    public bool isColorAjust = false;
    [Range(-5,5)]
    public float saturation = 1;
    [Range(-5,5)]
    public float contrast = 1;
    [Range(0,1)]
    public float hueShift = 0;
    [Range(0,5)]
    public float lightVal = 1;
    [Range(0,3)]
    public float vignetteIntensity = 1.8f;
    [Range(0,5)]
    public float vignetteSmoothness = 5;


    //-------模糊-----------
    private Material blurMat;
    public bool isBlur = false;
    [Range(0, 4)]
    public float blurSize = 0;
    [Range(-3,3)]
    public float blurOffset = 1;
    [Range(1,3)]
    public int blurType = 3;

    //-----光晕----------
    private Material brightMat;
    private Material bloomMat;
    public bool isBloom = false;
    [Range(0,1)]
    public float brightCut = 0.5f;
    [Range(0, 4)]
    public float bloomSize = 0;
    [Range(-3, 3)]
    public float bloomOffset = 1;
    public int bloomType = 3;
    [Range(1, 3)]

    //---toneMapping-----
    private Material toneMat;
    public bool isTonemapping = false;





    // Start is called before the first frame update
    void Start()
    {
        //if(colorMat == null||colorMat.shader == null||colorMat.shader.isSupported == false)
        //{
        //    this.enabled = false;
        //}
    }

    // Update is called once per frame
    void Update()
    {
        
    }

    private bool AjustColor(RenderTexture source, RenderTexture destination)
    {
        if(colorMat == null)
        {
            colorMat = new Material(Shader.Find("Hidden/AzhaoAjustColor"));
        }
        if(colorMat == null||colorMat.shader == null||colorMat.shader.isSupported == false)
        {
            return false;
        }
        colorMat.SetFloat("_Saturation", saturation);
        colorMat.SetFloat("_Contrast", contrast);
        colorMat.SetFloat("_HueShift", hueShift);
        colorMat.SetFloat("_Light", lightVal);
        colorMat.SetFloat("_VignetteIntensity", vignetteIntensity);
        colorMat.SetFloat("_VignetteSmoothness", vignetteSmoothness);
        Graphics.Blit(source, destination, colorMat, 0);
        return true;
    }

    private Material GetBlurMat(int bType)
    {
        if(bType == 1)
        {
            return new Material(Shader.Find("Hidden/AzhaoBoxBlur"));
        }
        else if(bType == 2)
        {
            return new Material(Shader.Find("Hidden/AzhaoGaussianBlur"));
        }
        else if(bType == 3)
        {
            return new Material(Shader.Find("Hidden/AzhaoKawaseBlur"));
        }
        else
        {
            return null;
        }
    }

    private bool CheckNeedCreateBlurMat(Material mat,int bType)
    {
        if(mat == null)
        {
            return true;
        }
        if(mat.shader == null)
        {
            return true;
        }
        if(bType == 1)
        {
            if(mat.shader.name != "Hidden/AzhaoBoxBlur")
            {
                return true;
            }
            else
            {
                return false;
            }
        }
        else if(bType == 2)
        {
            if (mat.shader.name != "Hidden/AzhaoGaussianBlur")
            {
                return true;
            }
            else
            {
                return false;
            }
        }
        else if (bType == 3)
        {
            if (mat.shader.name != "Hidden/AzhaoKawaseBlur")
            {
                return true;
            }
            else
            {
                return false;
            }
        }
        else
        {
            return false;
        }
    }

    private bool BlurFun(RenderTexture source, RenderTexture destination,float blurTime,int bType,float offset )
    {
        if(CheckNeedCreateBlurMat(blurMat,bType)==true)
        {
            blurMat = GetBlurMat(bType);
        }
        if (blurMat == null || blurMat.shader == null || blurMat.shader.isSupported == false)
        {
            return false;
        }
        blurMat.SetFloat("_BlurOffset", offset);
        float width = source.width;
        float height = source.height;
        int w = Mathf.FloorToInt(width);
        int h = Mathf.FloorToInt(height);
        RenderTexture rt1 = RenderTexture.GetTemporary(w, h);
        RenderTexture rt2 = RenderTexture.GetTemporary(w, h);
        Graphics.Blit(source, rt1);
        for (int i = 0; i < blurTime; i++)
        {
            ReleaseRT(rt2);
            width = width / 2;
            height = height / 2;
            w = Mathf.FloorToInt(width);
            h = Mathf.FloorToInt(height);
            rt2 = RenderTexture.GetTemporary(w, h);
            Graphics.Blit(rt1, rt2, blurMat, 0);
            width = width / 2;
            height = height / 2;
            w = Mathf.FloorToInt(width);
            h = Mathf.FloorToInt(height);
            ReleaseRT(rt1);
            rt1 = RenderTexture.GetTemporary(w, h);
            Graphics.Blit(rt2, rt1, blurMat, 1);
        }
        for (int i = 0; i < blurTime; i++)
        {
            ReleaseRT(rt2);
            width = width * 2;
            height = height * 2;
            w = Mathf.FloorToInt(width);
            h = Mathf.FloorToInt(height);
            rt2 = RenderTexture.GetTemporary(w, h);
            Graphics.Blit(rt1, rt2, blurMat, 0);
            width = width * 2;
            height = height * 2;
            w = Mathf.FloorToInt(width);
            h = Mathf.FloorToInt(height);
            ReleaseRT(rt1);
            rt1 = RenderTexture.GetTemporary(w, h);
            Graphics.Blit(rt2, rt1, blurMat, 1);
        }
        Graphics.Blit(rt1, destination);
        ReleaseRT(rt1);
        rt1 = null;
        ReleaseRT(rt2);
        rt2 = null;
        return true;
    }

    private bool BrightRangeFun(RenderTexture source, RenderTexture destination)
    {
        if(brightMat == null)
        {
            brightMat = new Material(Shader.Find("Hidden/BrightRange"));
        }
        if (brightMat == null || brightMat.shader == null || brightMat.shader.isSupported == false)
        {
            return false;
        }
        brightMat.SetFloat("_BrightCut", brightCut);
        Graphics.Blit(source, destination, brightMat);
        return true;

    }

    private bool BloomAddFun(RenderTexture source,RenderTexture destination, RenderTexture brightTex)
    {
        if(bloomMat == null)
        {
            bloomMat = new Material(Shader.Find("Hidden/AzhaoBloom"));
        }
        if (bloomMat == null || bloomMat.shader == null || bloomMat.shader.isSupported == false)
        {
            return false;
        }
        bloomMat.SetTexture("_brightTex", brightTex);
        Graphics.Blit(source, destination, bloomMat);
        return true;
    }

    private bool TonemappingFun(RenderTexture source, RenderTexture destination)
    {
        if(toneMat == null)
        {
            toneMat = new Material(Shader.Find("Hidden/ToneMapping"));
        }
        if (toneMat == null || toneMat.shader == null || toneMat.shader.isSupported == false)
        {
            return false;
        }
        Graphics.Blit(source, destination, toneMat);
        return true;
    }

    private void CopyRender(RenderTexture source,RenderTexture destination)
    {
        Graphics.Blit(source, destination);
    }

    private void ReleaseRT(RenderTexture rt)
    {
        if(rt!=null)
        {
            RenderTexture.ReleaseTemporary(rt);
        }
    }

    private void OnRenderImage(RenderTexture source, RenderTexture destination)
    {        
        RenderTexture finalRt = source;
        RenderTexture rt2 = RenderTexture.GetTemporary(source.width, source.height);
        RenderTexture rt3 = RenderTexture.GetTemporary(source.width, source.height);
        if (isBloom == true)
        {
            if(BrightRangeFun(finalRt, rt2)==true)
            {
                if(BlurFun(rt2, rt3, bloomSize,bloomType,bloomOffset)==true)
                {

                    if(BloomAddFun(source, finalRt, rt3)==true)
                    {

                    }                        
                }
            }
        }
        if(isBlur == true)
        {
            if (blurSize > 0)
            {
                if (BlurFun(finalRt, finalRt, blurSize,blurType,blurOffset) == true)
                {

                }


            }
        }

        if (isTonemapping == true)
        {
            if (TonemappingFun(finalRt, finalRt) == true)
            {

            }
        }

        if (isColorAjust == true)
        {           
            if (AjustColor(finalRt, finalRt) == true)
            {

            }

        }



        CopyRender(finalRt, destination);
        ReleaseRT(finalRt);
        ReleaseRT(rt2);
        ReleaseRT(rt3);


    }
}

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