伽马色彩空间与线性色彩空间的核心区别

1. 定义与原理差异

• 伽马色彩空间（Gamma Color Space）

  • 本质：基于人眼对光线的非线性感知特性设计，色彩值与实际物理亮度呈非线性关系。
  • 数学表达：色彩值（如RGB）需通过伽马校正（通常γ=2.2）转换为物理亮度，即实际亮度 = 色彩值^{γ。例如，RGB值0.5在伽马空间中显示的亮度并非中间值，而是偏低（因0.5}2.2≈0.218）。
  • 应用场景：传统显示器、图像存储（如JPG、PNG）默认使用伽马空间，符合人眼对亮度的主观感受。

• 线性色彩空间（Linear Color Space）

  • 本质：色彩值与物理亮度呈线性关系，即RGB值直接对应真实世界的光强度。
  • 数学表达：色彩值无需伽马校正，0.5即代表50%的物理亮度。
  • 应用场景：计算机图形学（CG）、物理渲染（如光线追踪），需模拟真实光照物理规律。

2. 渲染与光照计算的区别

3. 视觉效果与精度差异

• 伽马空间的局限性
  • 光照计算不符合物理规律：例如，多个光源叠加时亮度非线性叠加，导致高光、阴影失真。
  • 色彩混合误差：透明度、反射等效果可能出现“色偏”或“过暗”。
• 线性空间的优势
  • 物理真实性：光照、阴影、反射等效果更接近真实世界（如光线衰减、能量守恒）。
  • 高精度计算：浮点运算下线性空间的色彩过渡更平滑，避免伽马空间的非线性压缩导致的细节丢失。

4. 在Unity中的应用与切换建议

• 为何Unity默认使用伽马空间？

  • 兼容性：早期Unity为简化开发，默认适配传统显示器和非物理渲染流程。
  • 性能：伽马空间计算量较小（无需额外的伽马转换）。

• 切换线性空间的步骤（如用户描述）

  1. 打开Unity项目设置 → Player → Other Settings → Rendering → 将 Color Space 设为 Linear。
  2. 注意事项：
     • 纹理需启用“sRGB”标记（Unity默认勾选），确保导入时自动转换为线性空间。
     • 旧项目切换后可能需要调整材质、光照参数（如天空盒、反射探针）。

• 性能影响

  • 线性空间需额外进行伽马转换（纹理采样时反伽马，输出时伽马校正），但现代硬件性能下影响可忽略，尤其对空项目无明显延迟。

5. 总结：何时选择哪种空间？

• 选伽马空间：2D游戏、非物理渲染、对性能极度敏感的项目。
• 选线性空间：3D写实游戏、物理光照（如PBR材质）、追求视觉真实性的项目。

示例场景：线性空间下，水面反射、金属材质的高光会更接近真实世界，而伽马空间可能出现“高光过曝”或“反射颜色失真”。