【從UnityURP開始探索遊戲渲染】專欄-直達

Film Grain的定義與作用

Film Grain是一種模擬傳統攝影膠片顆粒感的後期處理效果，通過添加隨機噪點紋理增強畫面的藝術表現力。其核心用途包括：

• 復古風格模擬：重現膠片攝影的顆粒質感，增強懷舊氛圍
• 畫面細節強化：掩蓋低分辨率紋理的瑕疵，提升視覺豐富度
• 電影感塑造：配合色調映射、色差等效果構建電影級視覺風格

發展歷史

• ‌傳統膠片時代‌：物理銀鹽顆粒形成的自然噪點
• ‌數字時代初期‌：通過簡單噪聲算法模擬（如Perlin噪聲）
• ‌現代遊戲引擎‌：HDRP/URP等管線集成預設化系統，支持物理準確的顆粒分佈模型（如Kodak系列預設）

原理

Unity URP中的Film Grain效果通過噪聲紋理疊加和亮度響應曲線實現膠片顆粒模擬.

噪聲生成機制

• ‌預設紋理採樣‌：內置Kodak/Agfa等膠片顆粒的預烘焙LUT紋理（64x64分辨率），通過屏幕UV座標進行雙線性採樣
• ‌動態噪聲合成‌：當選擇"Custom"模式時，使用Simplex噪聲算法實時生成3D噪聲場，通過時間參數實現動態流動效果
• ‌色彩空間轉換‌：噪聲值在YCoCg色彩空間進行混合，避免RGB通道直接疊加導致的色偏問題

亮度響應系統

hlsl
float grainIntensity = intensity * (1 - smoothstep(0.5, 1.0, luminance));

該公式根據像素亮度動態調節顆粒強度，使暗部保留更多噪點（響應曲線參數控制過渡斜率）

實現示例

該Shader實現包含噪聲紋理平鋪、亮度自適應調節和色彩安全混合三個關鍵技術點

• Filmgrain.shader

  Shader "PostProcessing/FilmGrain"
  {
      Properties {
          _GrainTex ("Noise Texture", 2D) = "white" {}
          _Intensity ("Intensity", Range(0,1)) = 0.5
          _Response ("Response", Range(0,1)) = 0.8
      }
      SubShader {
          Pass {
              HLSLPROGRAM
              #include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl"
  
              TEXTURE2D(_GrainTex);
              SAMPLER(sampler_GrainTex);
              float _Intensity;
              float _Response;
  
              float4 Frag(Varyings input) : SV_Target {
                  float2 uv = input.uv * float2(80,45); // 平鋪噪聲
                  float3 grain = SAMPLE_TEXTURE2D(_GrainTex,sampler_GrainTex,uv).rgb;
  
                  float luminance = Luminance(SceneColor.rgb);
                  float adaptive = lerp(1.0, 1.0-luminance, _Response);
  
                  return SceneColor * (1.0 + grain * _Intensity * adaptive);
              }
              ENDHLSL
          }
      }
  }

管線集成流程

• ‌渲染階段‌：在URP的PostProcessingStack中插入FilmGrainPass，執行順序在Tonemapping之後、FXAA之前
• ‌性能優化‌：採用1/4分辨率渲染噪聲紋理，通過硬件線性濾波降低帶寬消耗
• ‌移動端適配‌：使用ARM NEON指令集加速噪聲計算，在GPU Tile-Based架構下減少內存訪問次數

URP實現流程

• FilmGrainExample.cs

  using UnityEngine;
  using UnityEngine.Rendering;
  using UnityEngine.Rendering.Universal;
  
  [VolumeComponentMenu("Post-processing/Film Grain")]
  public class CustomFilmGrain : VolumeComponent, IPostProcessComponent {
      public FilmGrainLookupParameter type = new FilmGrainLookupParameter(FilmGrainLookup.Kodak_200);
      public ClampedFloatParameter intensity = new ClampedFloatParameter(0f, 0f, 1f);
      public ClampedFloatParameter response = new ClampedFloatParameter(0.8f, 0f, 1f);
  
      public bool IsActive() => intensity.value > 0f;
      public bool IsTileCompatible() => false;
  }

• FilmGrainRenderer.cs

  using UnityEngine;
  using UnityEngine.Rendering;
  using UnityEngine.Rendering.Universal;
  
  public class FilmGrainRenderer : ScriptableRendererFeature {
      class CustomPass : ScriptableRenderPass {
          // 渲染邏輯實現...
      }
      public override void Create() {
          // 初始化代碼...
      }
  }

參數詳解與用例

操作步驟（URP 2022.1+）

• 創建Volume對象：GameObject > Volume
• 添加Film Grain覆蓋：Add Override > Film Grain

• 配置參數示例：

  Type = Kodak500T
  Intensity = 0.4
  Response = 0.65

性能優化建議

• 移動端使用Quarter分辨率
• 動態調整Intensity（劇情過場時增強）
• 禁用非必要時的Volume更新

【從UnityURP開始探索遊戲渲染】專欄-直達
（歡迎點贊留言探討，更多人加入進來能更加完善這個探索的過程，🙏）