【光照】UnityURP渲染中的HDR

【从UnityURP开始探索游戏渲染】专栏-直达

HDR 概述

高动态范围(HDR)渲染是Unity通用渲染管线(URP)中的关键技术，它解决了传统低动态范围(LDR)渲染无法准确表现真实世界光照强度范围的问题。在真实世界中，光照强度的变化范围极大(从阴暗室内到阳光直射可达100,000:1)，而传统8位LDR渲染只能表示256:1的范围，导致亮部细节丢失(过曝)或暗部细节不足。
URP通过HDR渲染实现了以下关键改进：

• 更广的光照范围：使用浮点纹理存储光照信息，能够表示更大范围的亮度值
  
• 更真实的Bloom效果：避免传统LDR下Bloom产生的"萤火虫"现象(闪烁亮点)
  
• 更精确的色调映射：支持多种色调映射模式将HDR值转换为屏幕显示的LDR值
  

URP中HDR的具体实现方式

URP采用以下技术实现HDR渲染：
渲染到HDR纹理

URP使用浮点精度的RenderTexture(通常是R16G16B16A16格式)作为中间渲染目标，而非传统的8位纹理。这使得它可以存储超出[0,1]范围的光照值，保留亮部和暗部细节。
Bloom效果的优化

URP的Bloom实现包含两个关键优化：

• ‌散射控制‌：通过调节Bloom散射参数，控制光晕的扩散范围和柔和度
  
• ‌亮度阈值‌：设置阈值过滤掉低亮度像素，只对足够亮的区域应用Bloom
  

色调映射

URP支持多种色调映射算子(如ACES、Neutral、Reinhard等)，将HDR值转换为适合屏幕显示的LDR值。这些算子各有特点：

• ACES：电影级色调映射，高对比度和鲜艳色彩
  
• Neutral：保持自然色彩，适合需要准确色彩表现的场景
  
• Reinhard：简单有效的全局色调映射
  

URP使用HDR的原因

URP选择实现HDR主要基于以下考虑：
‌移动设备性能提升‌：

• 现代移动GPU已能较好支持浮点纹理和HDR管线
  

‌视觉效果需求‌：

• HDR是高品质渲染的基础，可实现更真实的Bloom、光晕等效果
  

‌管线统一性‌：

• 与HDRP保持概念一致，便于开发者迁移项目
  

‌后处理质量‌：

• HDR为后续的色彩分级、曝光调整等提供更好的数据基础
  

URP中HDR的具体使用示例

以下是在URP中配置和使用HDR的完整过程：
启用HDR渲染

在URP Asset中启用HDR：

• 选择项目中的URP Asset(通常位于Settings文件夹)
  
• 在Inspector中找到"ost-processing"部分
  
• 勾选"HDR"选项
  

配置Bloom效果

1. csharp
2. // 通过代码动态调整Bloom参数
3. using UnityEngine.Rendering.Universal;
5. public class BloomController : MonoBehaviour {
6.     public Volume postProcessVolume;
7.     private Bloom bloom;
9.     void Start() {
10.         postProcessVolume.profile.TryGet(out bloom);
11.     }
13.     public void SetBloomIntensity(float intensity) {
14.         bloom.intensity.value = intensity;
15.     }
17.     public void SetBloomThreshold(float threshold) {
18.         bloom.threshold.value = threshold;
19.     }
20. }

复制代码

配置色调映射

在Volume组件中添加"Tonemapping"覆盖：

• 创建或选择场景中的Volume GameObject
  
• 在Volume组件中添加Tonemapping覆盖
  
• 选择模式(如ACES)
  
• 调整参数适应场景需求
  

材质适配

HDR渲染下，材质可能需要调整：

• 确保材质使用支持HDR的Shader(如URP/Lit)
  
• 高反射率材质(如金属)可能需要降低albedo值避免过亮
  
• 自发光材质可以设置大于1的值实现真实发光效果
  

相机设置

HDR渲染下相机设置要点：

• 启用"Allow HDR"选项
  
• 根据场景调整曝光补偿
  
• 考虑使用物理相机参数模拟真实相机行为
  

性能考虑

虽然URP的HDR实现已针对性能优化，但仍需注意：

• 浮点纹理会占用更多内存和带宽
  
• Bloom效果的性能消耗与分辨率相关
  
• 在低端设备上可考虑降低HDR精度或关闭部分效果
  

URP的HDR实现平衡了效果与性能，使其能够在从移动设备到PC的多种平台上运行，同时提供明显优于传统LDR的视觉效果
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