【URP】Unity[后处理]通道混合ChannelMixer

SmalBox2025-11-01 19:39

【从UnityURP开始探索游戏渲染】专栏-直达

ChannelMixer是Unity URP后处理系统中用于颜色通道混合的核心效果组件，主要用于调整RGB通道的混合比例以实现特定的色彩分级效果。其发展历史可追溯至影视行业的传统调色技术，后被整合到Unity的Post Processing Stack中，并随着URP的演进成为Volume框架下的标准化模块

核心功能与参数

‌通道混合原理‌

通过修改输入颜色通道（Red/Green/Blue）对输出通道的贡献权重，实现如单色保留、色调偏移等效果。例如增加绿色通道对红色输出的影响会使绿色区域偏红。

ChannelMixer在Unity URP后处理中的底层原理基于颜色通道的线性代数变换，通过对RGB通道的权重矩阵运算实现色彩重构.

输出通道 = (R × R权重) + (G × G权重) + (B × B权重) + 常数偏移

该计算在片元着色器中逐像素执行，通过矩阵乘法实现颜色空间转换.

数学原理分解

  • ‌通道变换矩阵
    • 每个输出通道由3×4变换矩阵控制（包含常数项），例如红色输出通道计算为：
    • R_{out}=R_{in}\\times M_{00}+G_{in}\\times M_{01}+B_{in}\\times M_{02}+M_{03}
    • 其中M_03为常数偏移量。
  • ‌亮度保持机制 ‌
    • 当启用Preserve Luminosity时，系统会自动归一化权重系数，确保满足：
    • M_{00}+M_{01}+M_{02}=1.0
    • 防止画面过曝或欠曝

URP实现示例 关键实现解析

  • ‌矩阵运算阶段‌

    片元着色器通过dot(col.rgb, _RedOut.xyz)实现向量点乘，等效于矩阵乘法。例如设置_RedOut=(0.5,0.3,0.2)时，新红色通道值为原RGB通道的50%+30%+20%混合。

  • ‌动态参数传递‌

    URP通过Volume组件将参数打包为Vector4（xyz为RGB权重，w为常数偏移），每帧更新至Shader。例如电影级调色常用配置：

    csharp 复制代码 
    csharp
_RedOut = new Vector4(0.8f, 0.1f, 0.1f, 0);// 强化红色主基调
_GreenOut = new Vector4(0f, 1.2f, -0.2f, 0);// 增强绿色并抑制蓝色

  • ‌后处理管线集成‌

    RendererFeature在BeforeRenderingPostProcessing事件点插入通道混合操作，通过双次Blit避免直接修改源纹理。临时渲染目标_TempChannelMixerTexture确保混合过程可逆.

  • ChannelMixer.shader

    c 复制代码 
    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

    csharp 复制代码 
    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);
    }
}

‌参数说明‌

  • ‌Output Channel‌：选择要调整的目标通道（Red/Green/Blue）
  • ‌Red/Green/Blue Contribution‌：各输入通道对当前输出通道的影响权重（范围-2到2）
  • ‌Preserve Luminosity‌：保持整体亮度不变，避免过度曝光。

实现流程示例

ChannelMixerExample.cs

csharp 复制代码 
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

csharp 复制代码 
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);
    }
}

实际应用案例

‌电影感调色‌

将蓝色通道注入红色输出（如设置RedOut为(0.8, 0, 0.2)），可创造类似《黑客帝国》的青色阴影效果。

‌风格化渲染‌

通过反转绿色通道贡献（GreenOut设为(-0.5, 1, 0)），实现赛博朋克风格的色彩偏移。

‌黑白滤镜‌

统一各通道权重（如RedOut=(0.3,0.6,0.1)）可生成高质量灰度图像，比直接去饱和度更可控。

胶片模拟‌

  • 设置BlueOut=(0,0,0.9,0.1)使蓝色通道轻微压缩，模拟柯达胶片特性

‌色盲辅助‌

  • 将红色通道注入绿色输出（GreenOut=(0.5,0.5,0,0)）提升红绿色盲辨识度

‌风格化渲染‌

  • 负值权重创造互补色效果，如RedOut=(1, -0.2, 0, 0)产生赛博朋克色调

操作步骤

  • 在Volume中添加Channel Mixer效果
  • 调整目标通道的RGB权重三角滑块
  • 启用Preserve Luminosity避免过曝

该技术现已成为URP标准管线的一部分，通过Volume系统实现非破坏性调整，比传统Shader方案更易集成到美术工作流中

【从UnityURP开始探索游戏渲染】专栏-直达

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