首先，先转载两篇文章，一篇来自KlayGE游戏引擎，链接为：http://www.klayge.org/?p=921 。另外一篇来自Kanglai Qian，链接为：http://qiankanglai.me/2014/12/24/gamma-correction/ 。
Gamma的传说（转载自KlayGE游戏引擎，链接：http://www.klayge.org/?p=921）
Gamma校正对于图形和图像来说是个常提的概念，但对于gamma的缘由和使用方法，却存在着很多传说。本文将尽可能解析gamma校正来源，破解各种迷思。
Gamma校正从何而来
有一种常见的说法，gamma来源于眼睛对光感受。我也曾经错误地采用了这种说法。在wikipedia上查到了gamma的真正来源：
开发gamma编码是用来抵消阴极射线管（CRT）显示器的输入和输出特性。电子枪的电流，也就是光的亮度，与输入的正极电压的变化是非线性的。通过gamma压缩来改变输入信号抵消了这个非线性，因此输出图像就能有预期的亮度。
所以，gamma校正和人眼特性无关，仅仅和CRT有关。更新的显示方法，比如LCD和等离子之类，为了保证兼容，也都选择了和当年CRT一样的非线性特性。（其实和系统有关，Mac OS X 10.6就用的1.8，其他系统，包括电视，都用的2.2）
Gamma计算很简单，只是个power而已，也就是：
其中的γ就是用来校正的gamma值。
输入和输出
现在让我们来看看一个输入输出的例子。假设相机是线性的，显示器也是线性的，那么输入和输出的关系就是：
也就是通过相机拍照后，在显示器上看到的和真实场景的色彩一样。
可惜，现实是残酷的，显示器的gamma为2.2，所以如果相机仍然是线性的，那么结果就会变成：
这样在显示器上看到的就会有明显的色彩失真。解决方法是把相机的gamma设成1/2.2，这样两次调整之后又能得到真实场景的色彩了：
其实从这个过程也可以看出，gamma校正是为了在输入和输出的环节中保证能和真实场景一致，而眼睛不在这个环节中，所以和眼睛对亮度的感受没有直接关系了。
对渲染的意义
前面讲的输入是对相机拍的照片而言。而对渲染来说，情况又如何呢？渲染中用到的光照都是在线性空间的。因为在设计光照的时候都是认为1的亮度是0.5的2倍。光照如此，texture又如何呢？渲染中用到的 texture一般有两个来源，一个是照片，一个是artist手工画的。前文提到了，照片是gamma = 1/2.2的。一般图象处理软件也都是在gamma空间工作的，所以artist画的图一般也可以认为是gamma = 1/2.2的。所以，我们在pixel shader常可以见到这样的代码：
float4 diff = tex2D(diffuse_texture, uv);
return diff * max(0, dot(light_dir, normal));
这样的代码对吗？不对也对。
说其不对，是因为这里没显式地做gamma校正。做校正的话应该是这样的：
float4 diff = pow(tex2D(diffuse_texture, uv), 2.2f);
return pow(diff * max(0, dot(light_dir, normal)), 1 / 2.2f);
也就是说，gamma校正的过程就是把输入的texture都转换到线性空间，并把输出的调整到gamma = 1/2.2的空间。
说其对，是因为如果diffuse texture如果是sRGB格式的，那么再读取的时候硬件会把它自动转到线性空间。如果render target的texture也是sRGB格式的，在输出的时候硬件也会把它自动转到线性空间。所以，如果输入和输出纹理都是sRGB，那么原先那段shader就是正确的。对于不支持sRGB的老硬件，就必须自己做pow了。
除了渲染，另一个需要注意gamma的地方就是mipmap。如果原texture是gamma =1/2.2的，那么在建立mipmap chain的时候，每一层都必须和渲染一样，先转到线性空间，计算之后再转到gamma = 1/2.2的。否则，255和0混合得到的是51，而不是128。(Patrick：51怎么得到的，应该是55吧)
总结
总之，计算都要发生在线性空间，所以输入和输出需要进行gamma校正。最佳选择是采用sRGB格式，这样pow是硬件内自动实现，速度更快，代码也简单。鉴于目前很多texture的数据是gamma = 1/2.2的，而纹理格式却被错误地标记成没有sRGB的，所以需要修改它们的格式标记，并重新建立mipmap。
Unreal/Unity中的Gamma校正（转载自Kanglai Qian，链接：http://qiankanglai.me/2014/12/24/gamma-correction/）
之前桌子跟我讲了一个很冷的小知识：对于3D美术来说，做贴图的时候如果想要做50%灰，应该用186/255而不是127/255。这个很有意思，稍微想了下应该是和Gamma校正有关，然后算了下确实是这样的。后来我分别在Unreal里和Unity里试了下，谨以此文记录。
名词解释
具体Gamma Correction(伽马校正/Gamma校正)相关内容可以参看klayge上的gamma的传说一文。如果把颜色亮度理解为能量的话，输入和输出中是非线性的对应关系，对应下图中的红线；但是计算的时候必须使用线性对应才对，对应绿线：
具体的转换公式就是2.2了~如此就能理解为什么50%灰度是186: pow(0.5, 1.0/2.2)*255，这样才保证转换到线性空间后是0.5。
Unreal
我分别做了127/255和186/255灰度图，导入到材质编辑器作为底色，即下表前两张
可以看到颜色明显不同(Patrick：sRGB格式的纹理，被认为是pow了1/2.2，也就是gamma空间的数据，所以186的sRGB相当于127的RGB)；但是修改颜色空间之后，就基本一致了。Windows下默认的颜色空间是sRGB，也就是需要经过Gamma校正的。
所以说最开始的说法，在默认情况下是成立的；但是Unreal也支持导入线性空间贴图，所以也能用127/255来表示50%灰。
插一句题外话就是Unreal其实在选颜色的地方也可以设置颜色空间，譬如下图中R通道的0.259其实对应的Gamma空间里的138/255。
Unity
Unity文档里有一页叫Linear Lighting对此进行了介绍：
Existing (Gamma) Pipeline: 默认设置，完全不考虑颜色空间的转换，输入什么颜色就使用什么颜色，输出的时候也不考虑转换；这个方式相当于错上加错，虽然抵销掉一部分但依然是错的。
Linear Lighting Pipeline: 输入的时候进行sRGB到RGB转换(利用硬件接口)，输出的时候再转回sRGB；这个才是正确地做法，但目前只支持Windows & Mac/XBox 360/PlayStation 3，令人忧郁(Patrick：Unity5.6上Android、iOS也都支持了，但是手机不一定因为，因为硬件上只有OpenGL ES3.0才开始支持sRGB，如果在不支持sRGB的手机使用linear color space，应用程序会自动退出的，可以通过API QualitySettings.activeColorSpace 查看当前设备支持哪些color space)
简单做一个实验：读取127/255贴图亮度、乘以二后输出
右边这张图的亮度相当于pow(pow(0.5,2.2)*2, 1/2.2)*255~
话说这样其实就没法在移动平台上做PBR，除非自己读取贴图的时候手动转一下，输出的时候再转一下~(Patrick：因为光照的计算，系数很重要（diffuse是系数*基本色*nDotl，specular是系数*pow（nDoth，gloss）），在gamma空间，系数和最终结果是非线性的，而linear空间，系数和最终结果是线性变化的。非PBR的系数是可以随意调节的，所以可以通过策划调节来弥补，但是PBR的系数不能能随意调节的，结果，合理的系数得不到合理的效果。基本上Gamma算法是把系数的作用放大了（如果乘以一个系数，相当于乘以系数的2.2次幂），这样会导致光的衰减半径变小，因为迅速衰减了，或者随着intensity，光亮度匀速变大；而linear算法，系数发挥到它应有的作用。)不过因为渲染管线不受控制，除非实现一个gamma correction的后处理，不然不好控制在最后转换，相当于多了个Pass…(Patrick：TODO)
总之从细节上来看Unity还是略输一筹啊~(Patrick：目前Unity已经追上来了)
Unity中的线性空间与Gamma校正
关于线性空间、Gamma校正的概念通过上面转载的两篇文章，已经很清晰了，虽然有些本人有点想法的地方（已用红色字体在原文中加了注释），总体上还是很清晰的。然而钱大写这个文章的时候Unity还不支持移动平台linear，所以下面我分析下目前Unity中的线性空间和Gamma校正。
目前还是很多游戏是用的Gamma，主要原因是目前市面上还是有一批不支持linear的设备（iphone5及以下，android4.3以下都不支持OpenGL ES3.0，而3.0才开始支持texture和RBO的sRGB），而效果上调调系数也都没问题，但是未来这批手机被放弃了之后，linear空间因为更准确一些，所以移动平台还是有几率会使用linear的
当color space为gamma的时候，纹理设置sRGB是没有意义的，因为sRGB是设置给linear color space看的，linear color space中，sRGB的纹理会在shader运算前通过power 2.2切换到线性空间，然后再计算完毕后，通过power 1/2.2再切换回gamma空间。非sRGB纹理则会直接在shader中进行运算，比如normal map、mask、GUI。其中legacy GUI比较特殊，虽然这个纹理是gamma space的，理论上应该标记为sRGB，但是它在shader中的计算不需要linear，所以它不会在shader运算前，从gamma转linear，在运算结束后，从linear转gamma，而是会直接去运算，假装它是linear space的。/p>
当color space为gamma的时候，纹理被采样后直接去进行运算，虽然采样的值是gamma空间的，但是没办法。
将color space从gamma切换到linear的时候，很多参数（材质、光照）需要调整才能得到原来的效果，但是应该是值得的。
如果是HDR的话，shader计算完毕后，先暂时不用power 1/2.2切换回gamma空间，而是停在线性空间一会，等会再切换回gamma空间。
Lightmap是按照gamma空间存放。所以当linear color space的时候，Lightmap会从gamma空间转到线性空间再去计算，而Gamma color space，就不转了。所以如果切换color space，需要rebake lightmap。如果从外界导入lightmap，需要选择纹理类型：lightmap。确保lightmap按照gamma空间存放。
虽然并非全部原创，但还是希望转载请注明出处：电子设备中的画家|王烁 于 2017 年 7 月 19 日发表，原文链接(http://geekfaner.com/unity/blog1_gamma.html)