Unity填坑笔记（二）—移动设备上烘焙变暗问题

形腿望舞 · 发表于 2020-12-31 12:36

更新：
这个问题在unity 2017之后的版本已经修复了。本文主要是基于5.x的版本进行的处理。

最近美术反馈，在移动设备上，烘焙之后的场景看上去比PC上预览的效果要暗很多。
1. 问题确认

因为不同设备的显示器存在色差、亮度差异等问题，确认问题的第一步是通过截屏，拷贝到相同的设备上进行观察。手机截屏，发送到电脑上，然后在同一块屏幕下进行对比，发现场景亮度差别的确很大，角色没有观察到这一现象，推测是lightmap相关的问题。
制作一个简单的Demo，分别使用Standard材质我们自己项目中使用的材质进行对比，发现均有此问题，排除自己材质的bug。
因为我们使用了线性空间，因此切换色彩空间进行对比实验，发现伽马空间下也有色差，但是没有线性空间明显。
2.相关资料检索

还是照常先搜索一下，收集相关的资料。
怀疑是Unity引擎官方bug（这不是Unity擅长的么。。。），先是搜索到一个issuetracker上的bug 汇报 AKED LIGHTMAP IS DARKER ON ANDROID PLATFORM COMPARED TO PC PLATFORM，说是Unity 5.5.5版本fix，没提到线性空间的设置，我们7月份要测试也等不到5.5.5版本了，所以暂时先记录下，继续。
UWA的问题有一个帖子问过相关问题，有一个答案：Lightmap在PC上显示正常，但是转到Android平台上存在色差，颜色普遍偏暗。这里引用一下回答的内容：

一般来讲，有两种情况可能会导致色偏和亮度差异。
1.Unity烘焙的Lightmap是32bit的HDR图，而移动设备通常不支持HDR图(32bit per channel)，会按照LDR图(8bit per channel)的形式进行处理，因此会出现色偏问题。因此我们建议：
在移动平台下使用Mobile/Diffuse材质，可载入Standard Assets(Mobile) package获得。如果要获得更合适的效果，需要自行修改Lightmap的DecodeLightmap函数，该函数可在Unity\Editor\Data\CGIncludes\UnityCG.cginc文件中找到。需要说明的是，这种方法也不能达到与PC端完全一致的效果。
如果需要PC和移动平台的显示效果一致，可以用图像编辑软体修改Lightmap為LDR格式，例如PNG(8bit per channel)。
为了避免类似问题，请不要使用过于强烈的Light进行烘焙，因為Light的强度(Intensity)越高，色偏问题会越严重。若有阴影丢失时，可以尝试检查一下模型的Lightmapindex、Lightmapscaleoffset、UV2等影响Lightmap采样的一些参数。
2.另一种可能是存在过曝现象，可以尝试将playersettings -> use direct3d 11关闭，看问题是否解决。

这里给出了差异产生的原因，即lightmap贴图是使用exr格式存储的，然后在移动设备上如果按照LDR进行处理产生偏差是很正常的，给出我的建议我们看了下，没有对应的问题。
然后，找到一篇解决Lightmap在PC上与ios和Android上表现不同的问题，有基本的原理分析，有解决方案，还有源码，看上去很靠谱。做了一个demo尝试走了一遍流程，是可以解决变暗的问题，但是和PC上比，还会变得更亮。。。依然有偏差，不知道是否是线性空间的问题，而且更加重要的是过程太多繁琐，维护成本很高，所有的材质都需要对应修改，不理想。而且，转换之后的贴图要使用RGBA8的格式，一张1024的贴图需要占用4-5M左右的包体和内存空间，实现不能忍。
不久前看过一篇知乎上的帖子：谈光照图烘焙技巧，里面有提到跨平台的问题，提到：

推荐把没有烘焙lightmap时候的颜色大体定在0.5-0.7左右的亮度，这样烘焙进退都可以，而且这样lightmap的系数不会特别夸张的大，这样在pc平台和android基本就能保持一致。

检查了一下，做demo用的贴图亮度0.63，光照亮度调整为1，烘焙之前的颜色大约也符合0.5-0.7左右的亮度，不知道是否因为线性空间的问题，反正依然没有解决。但这篇文章直接提到了UnityCG.cginc中的源码，即lightmap的颜色解析过程，去看了一下。

盗用下徐小厨的图
3. 解决方案

纠结了一个晚上，最后还是决定选择修改DecodeLightmapDeubleLDR的方法来解决，一边尝试修改材质一边测试：
1. 直接强制在设备上使用DecodeLightmapRGBM这个函数来处理，可以实现和PC上相同的效果；
2. 把DecodeLightmapDeubleLDR内部修改为(decodeInstructions.x * pow(data.a, decodeInstructions.y)) * data.rgb;结果一样；
3. 直接使用unity_Lightmap_HDR.x * color.rgb; 结果看上去一样相同。
心里很不安，虽然测试结果是好的，但是因为计算过程并不一样，我也搜索不到unity_Lightmap_HDR这个是在哪里进行赋值的，具体是什么含义，尝试修改值，对比结果，感觉这个值大约是5.0的样子。。。有个宏定义和注释，也不知道是否有关系：

// These constants must be kept in sync with RGBMRanges.h
#define LIGHTMAP_RGBM_SCALE 5.0

去PS里看了一下lightmap贴图，发现用于调整RGB值的Alpha通道几乎非黑即白，只有在一些边缘的地方有一些灰度的值，这也许可以解释为什么我去掉alpha的调整计算结果看上去是对的——毕竟Alpha通道根本没起到什么作用。找了一个室内场景的lightmap看了下，依然是这样的，不知道是不是美术烘焙的时候有神马设置没有用好。。。
注意：这样修改之后，lightmap贴图压缩使用ETC(2)_RGB4的格式即可，不再需要alpha通道，之前1M的1024贴图变成了0.5M，开心~~（中间测试使用ETC2_RGBA8的格式，反而全黑掉了，我也很难理解。。。如果有知道原因的朋友请告诉我，非常感谢~）
最后：重新替换到UnityCG.cginc文件，删除Libery下缓存的编译好的Shader，重启Unity，把所有exr格式的贴图格式设置为ETC2_RGB4，重新import一下，打包到手机上，然后截图到PC上在同一屏幕下对比，我们的场景几乎看不到差别。
4. 总结

工程中，解决问题的过程总是伴随着各种猜测和不解，在最后问题解决了之后，有些疑问解开了，有些疑问可能仍然没解开。
最终方案的选择是基于时间成本、维护成本、最终效果一致等各个方面的考虑选择的，我也很明确地知道这个解决方案并不一定适合所有的项目。为了更细腻的角色效果和烘焙前后一致的光影效果，我们率先吃螃蟹，在移动平台上完全使用了线性空间来进行开发和制作，现在为了解决设备上和PC上烘焙结果不一致的问题，又再次在不知道哪里设置unity_Lightmap_HDR这个变量的情况下修改了UnityCG.cginc文件。。。
其实我不知道最后使用的解决方案是否还隐藏着别的坑，但是如美术看到结果时所说——“很完美，看上去和PC上的完全一样！”正应了计算机图学上的那句名言：如果看上去是对的，那它就是对的。
目前能做的，也就只有这样了吧……
最后，如果你手头有Unity源码可以知道unity_Lightmap_HDR这个变量的设置细节，或者知道它的文档或者设置逻辑，还请告知我，如果想到这个方案有什么坑，也欢迎和我讨论~非常感谢！

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