【Unity Shader Graph 使用與特效實現】專欄-直達

在Unity的通用渲染管線（URP）中，Shader Graph為開發者提供了強大的可視化着色器編輯功能。White Balance節點作為色彩校正的關鍵工具，採用科學算法實現專業級的白平衡調節，廣泛用於遊戲開發、影視後期及實時渲染等場景。本文基於前期討論內容，進一步擴展並完善該節點的技術細節，形成體系化的技術文檔。

節點功能深度解析

色彩調整原理

White Balance節點基於CIE 1931色彩空間模型，模擬人眼對光源色温的感知機制，實現色彩準確校正。其核心流程是將輸入顏色從線性RGB空間轉換至LMS（長、中、短波長）色彩空間，通過調節白平衡係數，精確控制色温與色調變化。

參數影響機制

• ‌Temperature參數‌：調節色温偏移，推薦範圍為±1.67

  • 負值：色彩偏向暖黃（對應3000K–4500K色温）
  • 正值：色彩偏向冷藍（對應5500K–6500K色温）

• ‌Tint參數‌：調節色調偏移，推薦範圍為±1.67

  • 正值：色彩向品紅色偏移
  • 負值：色彩向綠色偏移

最佳實踐範圍

核心算法實現

預處理階段

hlsl
// 參數標準化處理
float t1 = Temperature * 10 / 6;  // 温度係數縮放
float t2 = Tint * 10 / 6;         // 色調係數縮放

CIE色度座標計算

基於D65標準白點（0.31271, 0.32902）的色度座標計算：

hlsl
// 計算x分量
float x = 0.31271 - t1 * (t1 < 0 ? 0.1 : 0.05);

// 計算y分量
float standardIlluminantY = 2.87 * x - 3 * x * x - 0.27509507;
float y = standardIlluminantY + t2 * 0.05;

XYZ三刺激值轉換

hlsl
float Y = 1;
float X = Y * x / y;
float Z = Y * (1 - x - y) / y;

LMS色彩空間轉換

hlsl
// 轉換矩陣
float3x3 LIN_2_LMS_MAT = {
    { 0.39045, 0.54994, 0.00893 },
    { 0.07084, 0.96317, 0.01357 },
    { 0.02308, 0.12802, 0.93645 }
};

float3x3 LMS_2_LIN_MAT = {
    { 2.85847, -1.62879, -0.02489 },
    { -0.21018, 1.15820, 0.00032 },
    { -0.04181, -0.11817, 1.06867 }
};

// 轉換過程
float3 lms = mul(LIN_2_LMS_MAT, In);
float3 balance = float3(0.949237, 1.03542, 1.08728) / lms;
lms *= balance;
Out = mul(LMS_2_LIN_MAT, lms);

高級應用場景

動態環境適配

通過腳本控制實現動態白平衡調節：

csharp
// C#示例：根據時間調整色温
public class WhiteBalanceController : MonoBehaviour
{
    public Material whiteBalanceMaterial;
    public float minTemperature = -1.5f;
    public float maxTemperature = 1.5f;

    void Update()
    {
        float timeOfDay = Time.time % 86400 / 86400;
        float temperature = Mathf.Lerp(minTemperature, maxTemperature, timeOfDay);
        whiteBalanceMaterial.SetFloat("_Temperature", temperature);
    }
}

多通道獨立控制

通過分離顏色通道實現特殊視覺效果：

hlsl
// HLSL示例：通道獨立白平衡
float3 whiteBalanceChannels(float3 In, float3 Temperature, float3 Tint)
{
    float3 w1 = float3(0.949237, 1.03542, 1.08728);
    float3 w2 = float3(0.949237 + Temperature.x, 1.03542 + Tint.y, 1.08728 + Temperature.z);
    return In * (w1 / w2);
}

性能優化方案

• 預計算白平衡係數：使用常數節點替代動態計算，減少實時計算開銷
• 簡化轉換矩陣：採用近似矩陣替代精確矩陣，降低計算複雜度
• 分通道處理：對每個顏色通道分別處理，提高並行處理效率

常見問題解決方案

色彩失真問題

‌現象‌：參數調整後出現不自然的色彩偏移

‌解決方案‌：

• 確認參數未超出有效範圍（±1.67）
• 結合Color Grade節點進行後續微調
• 確保輸入顏色處於正確的色彩空間（如線性空間）

性能瓶頸問題

‌現象‌：使用白平衡節點後幀率顯著下降

‌解決方案‌：

• 在移動平台採用簡化版白平衡算法
• 將白平衡計算移至頂點着色器
• 使用LUT（查找表）替代實時計算

與其他效果衝突

‌現象‌：白平衡與其他後期處理效果疊加後出現異常

‌解決方案‌：

• 調整效果應用順序（白平衡通常應優先處理）
• 通過混合模式控制各效果強度
• 分層處理不同色彩調節步驟

最佳實踐指南

工作流程建議

• 項目初期確立色彩參考標準
• 使用Color Checker節點進行色彩校準
• 將白平衡參數與光照系統關聯

移動平台適配

• 採用低精度浮點計算（如half）
• 簡化色彩空間轉換矩陣
• 在低端設備上禁用實時白平衡

測試與驗證方法

• 使用標準色卡驗證色彩準確性
• 在不同光照環境下測試效果表現
• 開展跨平台性能與兼容性測試

擴展應用案例

影視級調色系統

通過組合多個白平衡節點構建專業調色流程：

[Input] → [White Balance] → [Color Grade] → [LUT] → [Output]

動態天氣系統

根據天氣類型自動調整白平衡參數：

csharp
// 天氣類型與色温對應表
Dictionary<WeatherType, float> weatherTemperatureMap = new()
{
    { WeatherType.ClearDay, 0.8f },
    { WeatherType.Rainy, -0.5f },
    { WeatherType.Foggy, 1.2f }
};

藝術風格化處理

通過極端參數設置創造特殊藝術效果：

hlsl
// 復古電影風格
float3 retroEffect = whiteBalance(In, -2.0f, 0.3f);

White Balance節點是URP Shader Graph中用於色彩校正的核心工具，藉助科學的色彩空間轉換算法，實現專業級的白平衡調節。

【Unity Shader Graph 使用與特效實現】專欄-直達
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