【URP】Unity[后处理]通道混合ChannelMixer

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ChannelMixer是Unity URP后处理系统中用于颜色通道混合的核心效果组件，主要用于调整RGB通道的混合比例以实现特定的色彩分级效果。其发展历史可追溯至影视行业的传统调色技术，后被整合到Unity的Post Processing Stack中，并随着URP的演进成为Volume框架下的标准化模块
核心功能与参数

‌通道混合原理‌

通过修改输入颜色通道（Red/Green/Blue）对输出通道的贡献权重，实现如单色保留、色调偏移等效果。例如增加绿色通道对红色输出的影响会使绿色区域偏红。
ChannelMixer在Unity URP后处理中的底层原理基于颜色通道的线性代数变换，通过对RGB通道的权重矩阵运算实现色彩重构.

输出通道 = (R × R权重) + (G × G权重) + (B × B权重) + 常数偏移

该计算在片元着色器中逐像素执行，通过矩阵乘法实现颜色空间转换.
数学原理分解

• ‌通道变换矩阵
  
  
  
  • 每个输出通道由3×4变换矩阵控制（包含常数项），例如红色输出通道计算为：
    
  • $R_{out}=R_{in}\times M_{00}+G_{in}\times M_{01}+B_{in}\times M_{02}+M_{03}$
    
  • 其中M_03为常数偏移量。
    
  
  
• ‌亮度保持机制‌
  
  
  
  • 当启用Preserve Luminosity时，系统会自动归一化权重系数，确保满足：
    
  • $M_{00}+M_{01}+M_{02}=1.0$
    
  • 防止画面过曝或欠曝
    
  
  

URP实现示例 关键实现解析

• ‌矩阵运算阶段‌
  片元着色器通过dot(col.rgb, _RedOut.xyz)实现向量点乘，等效于矩阵乘法。例如设置_RedOut=(0.5,0.3,0.2)时，新红色通道值为原RGB通道的50%+30%+20%混合。
  
• ‌动态参数传递‌
  URP通过Volume组件将参数打包为Vector4（xyz为RGB权重，w为常数偏移），每帧更新至Shader。例如电影级调色常用配置：
  1. csharp
  2. _RedOut = new Vector4(0.8f, 0.1f, 0.1f, 0);// 强化红色主基调
  3. _GreenOut = new Vector4(0f, 1.2f, -0.2f, 0);// 增强绿色并抑制蓝色

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• ‌后处理管线集成‌
  RendererFeature在BeforeRenderingPostProcessing事件点插入通道混合操作，通过双次Blit避免直接修改源纹理。临时渲染目标_TempChannelMixerTexture确保混合过程可逆.
  
• ChannelMixer.shader
  1. Shader "PostProcessing/ChannelMixer" {
  2. Properties {
  3. _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
  4. _RedOut ("Red Output", Vector) = (1,0,0,0)
  5. _GreenOut ("Green Output", Vector) = (0,1,0,0)
  6. _BlueOut ("Blue Output", Vector) = (0,0,1,0)
  7. }
  8. SubShader {
  9. HLSLPROGRAM
  10. #pragma only_renderers d3d11
  11. #pragma exclude_renderers gles
  12. #pragma target 5.0
  13. #pragma multi_compile_postprocess
  14.     #include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl"
  15.     #include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/PostProcessing.hlsl"
  17.     TEXTURE2D(_MainTex);
  18.     SAMPLER(sampler_MainTex);
  19.     float4 _RedOut;
  20.     float4 _GreenOut;
  21.     float4 _BlueOut;
  23.     struct v2f {
  24.         float2 uv : TEXCOORD0;
  25.         float4 vertex : SV_POSITION;
  26.     };
  28.     v2f vert(appdata v) {
  29.         v2f o;
  30.         o.vertex = TransformWorldToClipPos(v.vertex);
  31.         o.uv = v.uv;
  32.         return o;
  33.     }
  35.     float4 frag(v2f i) : SV_Target {
  36.         float4 col = SAMPLE_TEXTURE2D(_MainTex, sampler_MainTex, i.uv);
  37.         float3 result;
  38.         result.r = dot(col.rgb, _RedOut.xyz) + _RedOut.w;
  39.         result.g = dot(col.rgb, _GreenOut.xyz) + _GreenOut.w;
  40.         result.b = dot(col.rgb, _BlueOut.xyz) + _BlueOut.w;
  41.         return float4(result, col.a);
  42.     }
  43.     ENDHLSL
  44. }
  45. }

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• ChannelMixerRendererFeature.cs
  1. using UnityEngine;
  2. using UnityEngine.Rendering;
  3. using UnityEngine.Rendering.Universal;
  5. public class ChannelMixerRendererFeature : ScriptableRendererFeature {
  6.     class CustomRenderPass : ScriptableRenderPass {
  7.         Material _material;
  8.         RenderTargetHandle _tempTexture;
  10.         public CustomRenderPass(Material material) {
  11.             _material = material;
  12.             _tempTexture.Init("_TempChannelMixerTexture");
  13.         }
  15.         public override void Execute(ScriptableRenderContext context, ref RenderingData data) {
  16.             CommandBuffer cmd = CommandBufferPool.Get("Channel Mixer");
  17.             RenderTextureDescriptor desc = data.cameraData.cameraTargetDescriptor;
  19.             cmd.GetTemporaryRT(_tempTexture.id, desc);
  20.             Blit(cmd, source: "_CameraColorTexture", dest: _tempTexture.id, _material);
  21.             Blit(cmd, source: _tempTexture.id, dest: "_CameraColorTexture");
  23.             cmd.ReleaseTemporaryRT(_tempTexture.id);
  24.             context.ExecuteCommandBuffer(cmd);
  25.             CommandBufferPool.Release(cmd);
  26.         }
  27.     }
  29.     [System.Serializable]
  30.     public class Settings {
  31.         public Material material;
  32.     }
  34.     public Settings settings = new Settings();
  35.     CustomRenderPass _scriptablePass;
  37.     public override void Create() {
  38.         _scriptablePass = new CustomRenderPass(settings.material);
  39.         _scriptablePass.renderPassEvent = RenderPassEvent.BeforeRenderingPostProcessing;
  40.     }
  42.     public override void AddRenderPasses(ScriptableRenderer renderer, ref RenderingData data) {
  43.         renderer.EnqueuePass(_scriptablePass);
  44.     }
  45. }

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‌参数说明‌

• ‌Output Channel‌：选择要调整的目标通道（Red/Green/Blue）
  
• ‌Red/Green/Blue Contribution‌：各输入通道对当前输出通道的影响权重（范围-2到2）
  
• ‌Preserve Luminosity‌：保持整体亮度不变，避免过度曝光。
  

实现流程示例

ChannelMixerExample.cs

1. using UnityEngine;
2. using UnityEngine.Rendering;
3. using UnityEngine.Rendering.Universal;
5. public class ChannelMixerExample : VolumeComponent, IPostProcessComponent {
6.     public Vector3Parameter redOut = new(new Vector3(1, 0, 0));
7.     public Vector3Parameter greenOut = new(new Vector3(0, 1, 0));
8.     public Vector3Parameter blueOut = new(new Vector3(0, 0, 1));
10.     public bool IsActive() => true;
11.     public bool IsTileCompatible() => false;
12. }

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ChannelMixerRenderPass.cs

1. using UnityEngine;
2. using UnityEngine.Rendering;
3. using UnityEngine.Rendering.Universal;
5. public class ChannelMixerRenderPass : ScriptableRenderPass {
6.     private Material _material;
7.     private ChannelMixerExample _volume;
9.     public override void Execute(ScriptableRenderContext context, ref RenderingData data) {
10.         _volume = VolumeManager.instance.stack.GetComponent<ChannelMixerExample>();
11.         if (_volume == null) return;
13.         var cmd = CommandBufferPool.Get("ChannelMixer");
14.         _material.SetVector("_RedOut", _volume.redOut.value);
15.         _material.SetVector("_GreenOut", _volume.greenOut.value);
16.         _material.SetVector("_BlueOut", _volume.blueOut.value);
17.         Blit(cmd, ref data, _material, 0);
18.         context.ExecuteCommandBuffer(cmd);
19.     }
20. }

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实际应用案例

‌电影感调色‌

将蓝色通道注入红色输出（如设置RedOut为(0.8, 0, 0.2)），可创造类似《黑客帝国》的青色阴影效果。
‌风格化渲染‌

通过反转绿色通道贡献（GreenOut设为(-0.5, 1, 0)），实现赛博朋克风格的色彩偏移。
‌黑白滤镜‌

统一各通道权重（如RedOut=(0.3,0.6,0.1)）可生成高质量灰度图像，比直接去饱和度更可控。
胶片模拟‌

• 设置BlueOut=(0,0,0.9,0.1)使蓝色通道轻微压缩，模拟柯达胶片特性
  

‌色盲辅助‌

• 将红色通道注入绿色输出（GreenOut=(0.5,0.5,0,0)）提升红绿色盲辨识度
  

‌风格化渲染‌

• 负值权重创造互补色效果，如RedOut=(1, -0.2, 0, 0)产生赛博朋克色调
  

操作步骤

• 在Volume中添加Channel Mixer效果
  
• 调整目标通道的RGB权重三角滑块
  
• 启用Preserve Luminosity避免过曝
  

该技术现已成为URP标准管线的一部分，通过Volume系统实现非破坏性调整，比传统Shader方案更易集成到美术工作流中
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