【URP】Unity[后处理]阴影,中间调,色差Shadows,Midtones,Highlights
基本概念与作用
Shadows, Midtones, Highlights 是 Unity URP 后处理系统中用于颜色分级的重要效果，它允许开发者分别控制画面中的阴影、中间色调和高光部分的颜色调整。这种精细控制的优势在于：
阴影调整：可以单独改变画面暗部的色调和亮度，常用于营造特定氛围或修正阴影颜色.
中间色调控制：调整画面中等亮度区域，这是大多数视觉信息所在的区域.
高光处理：专门处理画面最亮部分，可以增强或减弱高光效果
发展历史
这一效果源于专业影视调色技术，Unity 在 2018 年左右引入后处理堆栈(Post Processing Stack)时首次包含了类似功能，后来在 URP/HDRP 中进一步优化。相比早期的 Lift, Gamma, Gain 调整方式，Shadows, Midtones, Highlights 提供了更精确的色调范围定义能力。
实现原理与技术细节
在 URP 中，该效果通过体积框架(Volume Framework)实现，使用屏幕空间计算和色调映射技术来分离和调整不同亮度区。核心算法包括：
亮度分离：基于像素亮度值将画面分为三个区域
色调映射：对每个区域应用独立的颜色变换
平滑过渡：确保区域间过渡自然，避免明显边界
底层原理
Shadows, Midtones, Highlights 效果基于亮度分离和区域特定颜色变换技术实现。其核心处理流程包括：
亮度分析阶段：通过计算像素的亮度值(Luminance)，将画面分为三个区域：
Shadows：亮度低于Shadow Limit阈值的区域
Highlights：亮度高于Highlight Limit阈值的区域
Midtones：介于两者之间的区域
色调映射阶段：对每个区域应用独立的颜色变换矩阵，包括：
色相/饱和度调整
亮度/对比度调整
颜色偏移(Offset)
混合阶段：使用平滑过渡函数(通常为Sigmoid或线性插值)混合三个区域的调整结果，避免明显的边界效应
技术实现细节
在URP中，该效果通过RenderPass实现，主要处理步骤包括：
屏幕空间处理：在像素着色器中计算每个像素的亮度值
区域分类：使用阈值比较确定像素所属区域
颜色变换：根据区域应用不同的颜色校正矩阵
ACES色调映射：可选地与ACES色调映射管线集成，增强影视级效果
示例实现
以下是一个简化的Shader代码示例，展示核心处理逻辑：
代码说明：
亮度计算使用标准RGB转亮度公式
使用smoothstep函数实现区域间的平滑过渡
三个区域的颜色调整独立进行后混合
阈值参数(_ShadowLimits/_HighlightLimits)控制区域范围
ShadowsMidtonesHighlights.shader
Shader "Hidden/Universal Render Pipeline/ShadowsMidtonesHighlights"
{
Properties
{
_MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {}
_Shadows ("Shadows", Color) = (1,1,1,1)
_Midtones ("Midtones", Color) = (1,1,1,1)
_Highlights ("Highlights", Color) = (1,1,1,1)
_ShadowLimits ("Shadow Limits", Vector) = (0.0, 0.3, 0, 0)
_HighlightLimits ("Highlight Limits", Vector) = (0.55, 1.0, 0, 0)
}
SubShader
{
Pass
{
HLSLPROGRAM
#include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl"
TEXTURE2D(_MainTex);
SAMPLER(sampler_MainTex);
float4 _Shadows;
float4 _Midtones;
float4 _Highlights;
float2 _ShadowLimits;
float2 _HighlightLimits;
float Luminance(float3 color)
{
return dot(color, float3(0.2126, 0.7152, 0.0722));
}
float4 Frag(Varyings input) : SV_Target
{
float4 color = SAMPLE_TEXTURE2D(_MainTex, sampler_MainTex, input.uv);
float lum = Luminance(color.rgb);
// 计算各区域权重
float shadowWeight = smoothstep(_ShadowLimits.x, _ShadowLimits.y, lum);
float highlightWeight = smoothstep(_HighlightLimits.x, _HighlightLimits.y, lum);
float midtoneWeight = 1.0 - shadowWeight - highlightWeight;
// 应用区域特定调整
float3 shadowColor = color.rgb * _Shadows.rgb;
float3 midtoneColor = color.rgb * _Midtones.rgb;
float3 highlightColor = color.rgb * _Highlights.rgb;
// 混合结果
color.rgb = shadowColor * shadowWeight +
midtoneColor * midtoneWeight +
highlightColor * highlightWeight;
return color;
}
ENDHLSL
}
}
}
实际应用原理
在URP管线中，该效果通过Volume框架集成到后处理堆栈中。当相机启用后处理时，URP会：
创建临时渲染纹理存储中间结果
执行多个RenderPass完成各种后处理效果
将Shadows, Midtones, Highlights作为其中一个Pass插入管线
最终结果输出到相机目标纹理
这种设计使得效果可以与其他后处理(如Tonemapping、Bloom等)无缝配合，共同构成完整的颜色分级管线
完整实现流程
以下是在 Unity URP 中实现 Shadows, Midtones, Highlights 效果的完整步骤：
确保项目使用URP管线
在Graphics Settings中选择URP Asset
创建后处理体积
在Hierarchy中右键 -> Volume -> Global Volume
创建Profile
在Global Volume组件的Profile字段点击New
添加效果
在Profile中添加Override: Add Override -> Post-processing -> Shadows Midtones Highlights
启用相机后处理
选中主相机 -> Rendering -> Post Processing勾选
参数详解与用例
核心参数
Shadows：
功能：控制画面暗部色调和亮度
实际用例：将阴影调为冷蓝色营造寒冷氛围
参数：
色环：选择阴影色调
滑块：调整阴影亮度（左暗右亮）
Midtones：
功能：调整画面中间亮度区域
实际用例：增强中间色调饱和度使画面更生动
参数：
色环：选择中间色调
滑块：调整中间调亮度
Highlights：
功能：控制画面最亮部分
实际用例：将高光调为暖黄色模拟阳光效果
参数：
色环：选择高光色调
滑块：调整高光亮度
高级参数
Shadow Limits：
功能：定义阴影范围的开始和结束点
实际用例：精细控制哪些像素被视为阴影
Highlight Limits：
功能：定义高光范围的开始和结束点
实际用例：避免过亮区域被错误分类
性能优化建议
该效果属于低开销后处理，但仍建议：
避免过度使用复杂调整
在移动平台简化参数调整
使用局部体积(Local Volume)而非全局应用
与类似效果对比：
Lift Gamma Gain：更简单但控制精度较低
Color Grading：更全面但开销略高
实际应用示例
恐怖游戏场景设置
将Shadows调为深绿色增强诡异感
Midtones略微降低饱和度营造压抑感
Highlights保持中性避免分散注意力
阳光明媚的户外场景
Shadows使用淡蓝色模拟天空反射
Midtones增强饱和度使色彩鲜艳
Highlights使用暖黄色强化阳光效果
通过这种分级控制，开发者可以精确塑造游戏视觉风格，而无需修改原始材质或光照设置