HDR 概述

高動態範圍(HDR)渲染是Unity通用渲染管線(URP)中的關鍵技術，它解決了傳統低動態範圍(LDR)渲染無法準確表現真實世界光照強度範圍的問題。在真實世界中，光照強度的變化範圍極大(從陰暗室內到陽光直射可達100,000:1)，而傳統8位LDR渲染只能表示256:1的範圍，導致亮部細節丟失(過曝)或暗部細節不足。

URP通過HDR渲染實現了以下關鍵改進：

• 更廣的光照範圍：使用浮點紋理存儲光照信息，能夠表示更大範圍的亮度值
• 更真實的Bloom效果：避免傳統LDR下Bloom產生的"螢火蟲"現象(閃爍亮點)

• 更精確的色調映射：支持多種色調映射模式將HDR值轉換為屏幕顯示的LDR值

  URP中HDR的具體實現方式

  URP採用以下技術實現HDR渲染：

渲染到HDR紋理

URP使用浮點精度的RenderTexture(通常是R16G16B16A16格式)作為中間渲染目標，而非傳統的8位紋理。這使得它可以存儲超出[0,1]範圍的光照值，保留亮部和暗部細節。

Bloom效果的優化

URP的Bloom實現包含兩個關鍵優化：

• ‌散射控制‌：通過調節Bloom散射參數，控制光暈的擴散範圍和柔和度

• ‌亮度閾值‌：設置閾值過濾掉低亮度像素，只對足夠亮的區域應用Bloom

  色調映射

  URP支持多種色調映射算子(如ACES、Neutral、Reinhard等)，將HDR值轉換為適合屏幕顯示的LDR值。這些算子各有特點：

• ACES：電影級色調映射，高對比度和鮮豔色彩
• Neutral：保持自然色彩，適合需要準確色彩表現的場景

• Reinhard：簡單有效的全局色調映射

  URP使用HDR的原因

  URP選擇實現HDR主要基於以下考慮：

‌移動設備性能提升‌：

現代移動GPU已能較好支持浮點紋理和HDR管線

‌視覺效果需求‌：

HDR是高品質渲染的基礎，可實現更真實的Bloom、光暈等效果

‌管線統一性‌：

與HDRP保持概念一致，便於開發者遷移項目

‌後處理質量‌：

HDR為後續的色彩分級、曝光調整等提供更好的數據基礎

URP中HDR的具體使用示例

以下是在URP中配置和使用HDR的完整過程：

啓用HDR渲染

在URP Asset中啓用HDR：

• 選擇項目中的URP Asset(通常位於Settings文件夾)
• 在Inspector中找到"Post-processing"部分

• 勾選"HDR"選項

  配置Bloom效果

  csharp
  // 通過代碼動態調整Bloom參數
  using UnityEngine.Rendering.Universal;
   
  public class BloomController : MonoBehaviour {
    public Volume postProcessVolume;
    private Bloom bloom;
   
    void Start() {
        postProcessVolume.profile.TryGet(out bloom);
    }
   
    public void SetBloomIntensity(float intensity) {
        bloom.intensity.value = intensity;
    }
   
    public void SetBloomThreshold(float threshold) {
        bloom.threshold.value = threshold;
    }
  }

  配置色調映射

  在Volume組件中添加"Tonemapping"覆蓋：

• 創建或選擇場景中的Volume GameObject
• 在Volume組件中添加Tonemapping覆蓋
• 選擇模式(如ACES)

• 調整參數適應場景需求

  材質適配

  HDR渲染下，材質可能需要調整：

• 確保材質使用支持HDR的Shader(如URP/Lit)
• 高反射率材質(如金屬)可能需要降低albedo值避免過亮

• 自發光材質可以設置大於1的值實現真實發光效果

  相機設置

  HDR渲染下相機設置要點：

• 啓用"Allow HDR"選項
• 根據場景調整曝光補償

• 考慮使用物理相機參數模擬真實相機行為

  性能考慮

  雖然URP的HDR實現已針對性能優化，但仍需注意：

• 浮點紋理會佔用更多內存和帶寬
• Bloom效果的性能消耗與分辨率相關
• 在低端設備上可考慮降低HDR精度或關閉部分效果
  URP的HDR實現平衡了效果與性能，使其能夠在從移動設備到PC的多種平台上運行，同時提供明顯優於傳統LDR的視覺效果