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【URP】Unity[後處理]通道混合ChannelMixer

【從UnityURP開始探索遊戲渲染】專欄-直達

ChannelMixer是Unity URP後處理系統中用於顏色通道混合的核心效果組件，主要用於調整RGB通道的混合比例以實現特定的色彩分級效果。其發展歷史可追溯至影視行業的傳統調色技術，後被整合到Unity的Post Processing Stack中，並隨着URP的演進成為Volume框架下的標準化模塊

核心功能與參數

‌通道混合原理‌

通過修改輸入顏色通道（Red/Green/Blue）對輸出通道的貢獻權重，實現如單色保留、色調偏移等效果。例如增加綠色通道對紅色輸出的影響會使綠色區域偏紅。

ChannelMixer在Unity URP後處理中的底層原理基於顏色通道的線性代數變換，通過對RGB通道的權重矩陣運算實現色彩重構.

輸出通道 = (R × R權重) + (G × G權重) + (B × B權重) + 常數偏移

該計算在片元着色器中逐像素執行，通過矩陣乘法實現顏色空間轉換.

數學原理分解

  • ‌通道變換矩陣

    • 每個輸出通道由3×4變換矩陣控制（包含常數項），例如紅色輸出通道計算為：
    • $R_{out}=R_{in}\times M_{00}+G_{in}\times M_{01}+B_{in}\times M_{02}+M_{03}$
    • 其中M_03為常數偏移量。

  • ‌亮度保持機制‌

    • 當啓用Preserve Luminosity時，系統會自動歸一化權重係數，確保滿足：
    • $M_{00}+M_{01}+M_{02}=1.0$
    • 防止畫面過曝或欠曝

URP實現示例 關鍵實現解析

  • ‌矩陣運算階段‌

    片元着色器通過dot(col.rgb, _RedOut.xyz)實現向量點乘，等效於矩陣乘法。例如設置_RedOut=(0.5,0.3,0.2)時，新紅色通道值為原RGB通道的50%+30%+20%混合。

  • ‌動態參數傳遞‌

    URP通過Volume組件將參數打包為Vector4（xyz為RGB權重，w為常數偏移），每幀更新至Shader。例如電影級調色常用配置：

    csharp
_RedOut = new Vector4(0.8f, 0.1f, 0.1f, 0);// 強化紅色主基調
_GreenOut = new Vector4(0f, 1.2f, -0.2f, 0);// 增強綠色並抑制藍色

  • ‌後處理管線集成‌

    RendererFeature在BeforeRenderingPostProcessing事件點插入通道混合操作，通過雙次Blit避免直接修改源紋理。臨時渲染目標_TempChannelMixerTexture確保混合過程可逆.

  • ChannelMixer.shader

    Shader "PostProcessing/ChannelMixer" {
Properties {
_MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
_RedOut ("Red Output", Vector) = (1,0,0,0)
_GreenOut ("Green Output", Vector) = (0,1,0,0)
_BlueOut ("Blue Output", Vector) = (0,0,1,0)
}
SubShader {
HLSLPROGRAM
#pragma only_renderers d3d11
#pragma exclude_renderers gles
#pragma target 5.0
#pragma multi_compile_postprocess
    #include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl"
    #include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/PostProcessing.hlsl"

    TEXTURE2D(_MainTex);
    SAMPLER(sampler_MainTex);
    float4 _RedOut;
    float4 _GreenOut;
    float4 _BlueOut;

    struct v2f {
        float2 uv : TEXCOORD0;
        float4 vertex : SV_POSITION;
    };

    v2f vert(appdata v) {
        v2f o;
        o.vertex = TransformWorldToClipPos(v.vertex);
        o.uv = v.uv;
        return o;
    }

    float4 frag(v2f i) : SV_Target {
        float4 col = SAMPLE_TEXTURE2D(_MainTex, sampler_MainTex, i.uv);
        float3 result;
        result.r = dot(col.rgb, _RedOut.xyz) + _RedOut.w;
        result.g = dot(col.rgb, _GreenOut.xyz) + _GreenOut.w;
        result.b = dot(col.rgb, _BlueOut.xyz) + _BlueOut.w;
        return float4(result, col.a);
    }
    ENDHLSL
}
}

  • ChannelMixerRendererFeature.cs

    using UnityEngine;
using UnityEngine.Rendering;
using UnityEngine.Rendering.Universal;

public class ChannelMixerRendererFeature : ScriptableRendererFeature {
    class CustomRenderPass : ScriptableRenderPass {
        Material _material;
        RenderTargetHandle _tempTexture;

        public CustomRenderPass(Material material) {
            _material = material;
            _tempTexture.Init("_TempChannelMixerTexture");
        }

        public override void Execute(ScriptableRenderContext context, ref RenderingData data) {
            CommandBuffer cmd = CommandBufferPool.Get("Channel Mixer");
            RenderTextureDescriptor desc = data.cameraData.cameraTargetDescriptor;

            cmd.GetTemporaryRT(_tempTexture.id, desc);
            Blit(cmd, source: "_CameraColorTexture", dest: _tempTexture.id, _material);
            Blit(cmd, source: _tempTexture.id, dest: "_CameraColorTexture");

            cmd.ReleaseTemporaryRT(_tempTexture.id);
            context.ExecuteCommandBuffer(cmd);
            CommandBufferPool.Release(cmd);
        }
    }

    [System.Serializable]
    public class Settings {
        public Material material;
    }

    public Settings settings = new Settings();
    CustomRenderPass _scriptablePass;

    public override void Create() {
        _scriptablePass = new CustomRenderPass(settings.material);
        _scriptablePass.renderPassEvent = RenderPassEvent.BeforeRenderingPostProcessing;
    }

    public override void AddRenderPasses(ScriptableRenderer renderer, ref RenderingData data) {
        renderer.EnqueuePass(_scriptablePass);
    }
}

‌參數説明‌

  • ‌Output Channel‌：選擇要調整的目標通道（Red/Green/Blue）
  • ‌Red/Green/Blue Contribution‌：各輸入通道對當前輸出通道的影響權重（範圍-2到2）
  • ‌Preserve Luminosity‌：保持整體亮度不變，避免過度曝光。

實現流程示例

ChannelMixerExample.cs

using UnityEngine;
using UnityEngine.Rendering;
using UnityEngine.Rendering.Universal;

public class ChannelMixerExample : VolumeComponent, IPostProcessComponent {
    public Vector3Parameter redOut = new(new Vector3(1, 0, 0));
    public Vector3Parameter greenOut = new(new Vector3(0, 1, 0)); 
    public Vector3Parameter blueOut = new(new Vector3(0, 0, 1));

    public bool IsActive() => true;
    public bool IsTileCompatible() => false;
}

ChannelMixerRenderPass.cs

using UnityEngine;
using UnityEngine.Rendering;
using UnityEngine.Rendering.Universal;

public class ChannelMixerRenderPass : ScriptableRenderPass {
    private Material _material;
    private ChannelMixerExample _volume;

    public override void Execute(ScriptableRenderContext context, ref RenderingData data) {
        _volume = VolumeManager.instance.stack.GetComponent<ChannelMixerExample>();
        if (_volume == null) return;

        var cmd = CommandBufferPool.Get("ChannelMixer");
        _material.SetVector("_RedOut", _volume.redOut.value);
        _material.SetVector("_GreenOut", _volume.greenOut.value);
        _material.SetVector("_BlueOut", _volume.blueOut.value);
        Blit(cmd, ref data, _material, 0);
        context.ExecuteCommandBuffer(cmd);
    }
}

實際應用案例

‌電影感調色‌

將藍色通道注入紅色輸出（如設置RedOut為(0.8, 0, 0.2)），可創造類似《黑客帝國》的青色陰影效果。

‌風格化渲染‌

通過反轉綠色通道貢獻（GreenOut設為(-0.5, 1, 0)），實現賽博朋克風格的色彩偏移。

‌黑白濾鏡‌

統一各通道權重（如RedOut=(0.3,0.6,0.1)）可生成高質量灰度圖像，比直接去飽和度更可控。

膠片模擬‌

  • 設置BlueOut=(0,0,0.9,0.1)使藍色通道輕微壓縮，模擬柯達膠片特性

‌色盲輔助‌

  • 將紅色通道注入綠色輸出（GreenOut=(0.5,0.5,0,0)）提升紅綠色盲辨識度

‌風格化渲染‌

  • 負值權重創造互補色效果，如RedOut=(1, -0.2, 0, 0)產生賽博朋克色調

操作步驟

  • 在Volume中添加Channel Mixer效果
  • 調整目標通道的RGB權重三角滑塊
  • 啓用Preserve Luminosity避免過曝

該技術現已成為URP標準管線的一部分，通過Volume系統實現非破壞性調整，比傳統Shader方案更易集成到美術工作流中

【從UnityURP開始探索遊戲渲染】專欄-直達
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遊戲 , unity3d , 圖形學
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