Gamma Correction

Gamma Correction 伽马校正，其实有两种意思，需要根据上下文判断 为了避免混淆，图形学领域倾向于使用：

Gamma encoding（伽马编码）：pow(color, 1/2.2) - 存储前做的
Gamma decoding（伽马解码）：pow(color, 2.2) - 显示器做的
Display gamma：显示器的2.2伽马特性

一旦我们计算出场景的最终像素颜色，就必须将它们显示在显示器上。在数字成像的早期时代，大多数显示器都是阴极射线管（CRT）显示器。这些显示器具有物理特性：输入电压增加两倍并不意味着亮度翻倍。将输入电压加倍后，亮度等于显示器伽马值的指数关系约为 2.2。这（巧合地）也与人类测量亮度的方式非常相似，因为亮度也以类似的（反幂）关系显示。为了更好地理解这一切意味着什么，请看看以下图片上线看起来是人眼正确的亮度比例，将亮度加倍（比如从0.1到0.2）确实看起来亮度翻了一倍，且差异很稳定。然而，当我们谈论光的物理亮度时，比如离开光源的光子数量，底部的刻度实际上显示的是正确的亮度。在最低光度下，将亮度加倍会恢复正确的物理亮度，但由于我们的眼睛对亮度的感知不同（更易受暗色变化影响），看起来很奇怪。这里最下方是显示器输出亮度，中间虚线则是我们处理颜色的也就是线性颜色。如果将线性颜色增大2倍，那么显示器亮度会暴增4倍因为是pow(color,2.2)。这就会导致问题，为了抵消这个物理影响，所以我们需要进行反伽马或者叫Gamma encoding（伽马编码），也就是pow(color,1/2.2)这个操作

sRGB textures

由于显示器在应用伽马后显示颜色，每当你在电脑上画画、编辑或绘画时，你是在根据显示器上看到的颜色来选择颜是在 sRGB 空间，也就是人眼感知空间，但是渲染器系统读取之后再渲染，会导致进行两次伽马pow(color,2.2)。当我们基于显示器上看到的图像创建图像时，我们实际上是伽马校正了图像的颜色值，使其在显示器上看起来正确。因为我们在渲染器中再次进行伽马校正，图像最终会变得过于明亮。 正常的图像创作流程：

美术在显示器上看到的图像（已经被显示器做了 gamma 2.2 解码）
美术保存图像时，图像编辑软件会做 gamma 1/2.2 编码在输出
保存的图像文件（如 PNG、JPG）已经是 gamma 编码过的 sRGB 数据

那么给到渲染器读取的是已经做 gamma 1/2.2 编码的图像数据，然后输出时又会做 gamma 1/2.2 编码，那么最终图像就会过曝。因此通常需要对图像进行预处理。比如UE中就会对纹理进行预处理，对图像标记SRGB，先进行gamma 2.2 解码在进行使用，一般来说只针对颜色贴图会有这样操作，如果是参与计算的灰度数据图则不需要SRGB，因为肉眼不需要看到这个灰度，只是参与运算

对光照衰减的影响

平方反比定律（真实物理）

现实世界中，光照遵循：

\[I = \frac{I_0}{d^2}\]

其中：

$I$ = 衰减后的光照强度
$I_0$ = 光源初始强度

$d$ = 距离光源的距离也就是

 float distanceSqr = distance * distance;
float physicalAttenuation = 1.0 / max(distanceSqr, 0.01 * 0.01);
 

伽马空间下的衰减补偿调整

对于如果直接在Gamma Space下工作，直接使用物理衰减会导致过暗，因为Gamma Space相当于我们最终看到的效果，但是如果是渲染器渲染到屏幕最后还是会进行伽马矫正一次，那么渲染图像就会偏暗 正确的物理衰减是

\[I = \frac{1.0}{d^2}\]

伽马矫正就导致成了

\[I = (\frac{1.0}{d^{2}})^{2.2}\]

为了补偿，可以使用不正确的线性衰减

\[I = \frac{1.0}{d}\]

这样矫正后结果是

\[I = (\frac{1.0}{d})^{2.2}\approx\frac{1.0}{d^2}\]

这和正确的物理衰减会更加接近

对于伽马空间的补偿方式其实可以忽略，因为现在游戏引擎都是使用线性空间工作，而不是伽马空间

线性空间处理

如果是在线性空间下工作，可以直接使用符合物理正确的衰减公式，不需要管其它，渲染到屏幕上最终会自动进行伽马矫正

理论支线：Gamma Correction 伽马校正