2024年 第20篇
什么是工作流
什么是 Linear，什么是 sRGB
为什么要工作流转换，怎么转换
在处理模型的时候，我们发现很多模型在建模的时候并没有开启 Gamma 矫正功能，这导致模型在不同环境有着不同的颜色，比如在 3dsMax 环境中模型是它该有的颜色，而当我们导出模型到其他格式如 FBX、glTF 时并在诸如 Unity、UE、浏览器 WebGL 等环境中查看时，颜色会变得更亮。
接下来我们举一个例子，下方是一个“未开启 Gamma 矫正”环境下，颜色为 rgb（0.5，0.5，0.5）的茶壶，它在 3dsMax 环境下的颜色是这样的：
3dsMax 非gamma环境
现在，我们把它导出到 gltf，可以确定 gltf 中的颜色也是 rgb（0.5，0.5，0.5），没有变化。
现在，我们把它导入到一些 gamma 环境的渲染器中来查看（也就是其他非 3dsmax 环境）：
Babylon.js
Three.js
Unity
虽然会有一些环境光照的影响，但可以明显看出，这些渲染结果肯定都不是我们在 3dsMax 里调出来的“黑灰色”。所以为什么会有这种结果呢？在这里可以先给出结论：我们没有正确完成 Linear 工作流到 sRGB 工作流的转换。
工作流是指我们处理美术资源（如贴图、模型）的工作过程，工作流不是死的，不同的公司不同团队都可以有自己的工作流，只要最终能实现预期的视觉效果即可。而我们知道美术资源的处理过程包含很多方面的工作，比如：建模、调色、渲染、性能优化等等，而这里的 Linear 和 sRGB 工作流就是其中的调色这一方面的工作过程。
所以，既然要调色，我们肯定要对颜色有充分的认知，这包含：物理世界的颜色、人眼所能看到的颜色、显示器所显示的颜色三个方面。只有对颜色有了充分的认知，我们才能设计出——能在显示器中显示出——我们期望的人眼能看到的——真实物理世界的颜色。
我们之所以要在计算机里建模，实际上就是想让人眼能看到“类似物理世界的物体”，计算中的模型和物理世界的物体，对我们来说是等价的。因此，我们会直接从物理世界的物体的角度出发，来解释这个问题。
要在计算机里表达物理世界的颜色，必须要抽象，因此我们抽象了 RGB 模型，使用三个通道的混合来表达物理世界的颜色。这三个通道在计算机中的数值介于 0～1 之间，其中 rgb（1，1，1）表示白色，rgb（0，0，0）表示黑色。因此，物理世界的颜色实际上变成了 RGB 三个值的线性组合，而所谓的 Linear 工作流的 Linear 的源头就是这里。
上述 RGB 是最原始的表达物理世界颜色的方法，它是线性的，也就是颜色的亮度的随着物理世界光强的增强而变化时是线性的，这完全没有问题，这正是我们所需要的物理世界的表达。但是，毕竟颜色是为了人眼来服务的，而人眼对物理世界光强的感知是非线性的，在光强较弱时，一点点的光强的增加人眼就能精确地观察到变化，但是在光强很强时，即便继续增加很多光强，人眼也很难区分出变化。下面是一张各种格式颜色的灰度（亮度）的分布情况，我们先只关注第一行：
可以看到，Linear TRC 这一行，它的颜色从黑到白的过渡是均匀，也就是所谓的线性的。但是，可以看到其中有很大范围的颜色是偏亮的（相比其他几行来说）所以，颜色数据存储的角度，如果颜色使用 Linear 的颜色来表示，即便我们花费了大概 50%的存储空间用来存储偏亮的颜色，最终人眼能感知到的也是很少的。并且，过多的偏亮的区域也挤压了偏暗的区域，这些人眼最容易观察到的颜色反而只有很少一部分。
所以，考虑到这个现象，我们进行颜色数据存储时，比如拍照时，我们会把从物理世界收集到的线性的颜色，做一个称为 Gamma 矫正的操作，使其变成上述第二行 sRGB TRC 的情况，这样，我们就会存储更多的偏暗的颜色，以此让照片能留下更多人眼能观察的信息。具体来说，这个操作就是对颜色值（0-1 范围）进行一个次方的计算，对于小数来说，它会被放大，表现来说就是颜色变亮。
但这还没完，我们的确通过 Gamma 矫正使得颜色的存储更加有效，但颜色值的确是发生了变化，这就不是物理世界的“真实”的颜色了，比如原本 Linear 的 rgb（0.5，0，0）变成了 sRGB 的 rgb（0.73，0，0），其数值不一样了。因此，最终显示阶段，比如显示器、手机屏幕、打印机等，还会做一次逆向的 Gamma 纠正，就对与颜色值再反向进行一个 次方的计算，那么颜色就又变回物理世界的真实颜色了。
这里要记住，对小数来说，$$ 会让颜色更亮，
会让颜色更暗
需要注意的是，看似一正一反的操作好像没有意义，但实际上前面正向的 Gamma 矫正主要是为了更有效的存储颜色数据，而后面的反向 Gamma 矫正恰好来源于 CRT 显示器的物理特性（它天然的就会对电信号起到一个 的影响），这一切都是浑然而成，无懈可击。
到这里，我们已经已经对物理世界的颜色、人眼所看到的颜色、显示器现实的颜色这三者的关系有所理解了，sRGB 就是服务于这三者的转换关系所诞生出来的颜色规范。
因为现实中可能存在不同公司不同团队之间不同规范的模型的交互，当我们在自己的 sRGB 工作流中想要使用 Linear 工作流中的一个模型，我们就必须要转换。举个例子：我们在浏览器 WebGL 环境中是以 sRGB 工作流为基准进行渲染的，但有很多 3dsMax 模型是在 Linear 工作流（未开启 Gamma 矫正）中制作的，所以如果我们不做转换直接使用，会发现这些模型会比它原来的颜色偏亮，就和上面的茶壶一样。
那么怎么转换呢？结论是要改颜色。为什么？我们来分析一下。
还是以上面茶壶为例，我们说过模型和现实世界的物体本质上是一样的，我们赋予模型的颜色就应该是物理世界它该有的颜色。但是，我们不是造物主，我们必须借助电脑屏幕和建模软件才能创造模型，这里就多了一层干涉，那就是显示器。显示器的反向 Gamma 矫正是固定存在的，是硬件里写死的，跟软件无关。当你在未开启 Gamma 矫正的建模软件里，调试你想要的颜色的时候，你所认为是“正确”的颜色，其实并不是物理世界它该有的颜色，因为显示器给你干扰了。这个干扰，是一个 的计算，它会让你看到的颜色变暗，也就是说，你必须在建模软件里把颜色调的更亮才能抵消这个干扰。所以你所认为“正确”的颜色实际上是更亮的颜色。这也就是为什么，你的颜色（黑灰）来到其他环境中后会变得更亮。所以，我们必须在 3dsMax 里把茶壶的颜色调的更暗。
具体多暗呢？因为 sRGB 工作流会主动对颜色进行 的提亮，就跟相机一样。那么我们让颜色反向变暗同样的数值就可以了，也就是对 3dsMax 里的颜色进行一个
的计算即可，
，如下图所示：
这里是比较让人困惑的地方， 最初是在照相时存储更多有效信息而诞生的，但是随着这个规范一直延续到现在，所有显示器都已经固化了
的计算，所以不管什么情况我们都得做一个
的计算才行了。
3dsMax
Babylon.js
可以看到，在 sRGB 环境里面，茶壶的颜色已经跟原来的 3dsMax 的颜色一样了。但是，现在的 3dsMax 变得更奇怪了，它太黑了，虽然结果是对的，但是这种不一致性是不利于美术资源的维护的。要解决这个问题非常简单，直接开启 Gamma 矫正就可以了：
3dsMax开启gamma矫正后
可以看到，物体的颜色值依然是 0.218，但是颜色已经正常了，即跟 sRGB 一样了。这就是 Gamma 矫正的作用，它就是主动用一个 来抵消显示器的
的干扰，正负抵消，从而让你能够在建模软件中以“物理世界的真实颜色”，赋予物体颜色。
最后，正负抵消后，其实你的颜色已经来到了 Linear 空间，这跟我们之前说的物理世界的真实颜色就是 Linear 空间的颜色。这样你建模出来的物体才跟现实世界的物体是等价的，这样你才能走通后续正向 Gamma 和逆向 Gamma 的过程。所以，开启 Gamma 矫正实际作用有两个：让你视觉看到的颜色位于 sRGB 空间，让你数据存储的颜色值位于 Linear 空间。
关于上方“开启 Gamma 矫正实际作用”的进一步解释：
看到最后，你可能会问：明明是从 Linear 转换到 sRGB，那么为什么最后开启 gamma 矫正后，你在 3dsMax 里调的颜色反而来到了 Linear 空间呢？实际上，这里略微有些歧义，所谓的 Linear 工作流就是指你的美术资源是在没有 gamma 矫正（变亮）的条件下制作的，但由于没有主动抵消显示器的干扰，在这种工作流下调试的颜色值会变得更大（前面分析过），也就会在 sRGB 下变得更亮，因此在 Linear 工作流下，其颜色值并非是 Linear 的。只有当我们开启了 gamma 矫正，主动抵消显示器的干扰，此时我们调试的颜色才“恰好”位于 Linear 空间。这也就是所谓的：让你视觉看到的颜色位于 sRGB 空间，让你数据存储的颜色值位于 Linear 空间。
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