[RFC] 支持 sRGB

[zhuxudong]

背景和价值

如 #1227 描述， 现在引擎 shader 中采样的纹理有很多 gammaToLinear 的操作，如果支持硬件级别的 sRGB 纹理格式，有以下优点：

• 性能优化。利用 GPU 硬件特性，自动执行规范的 sRGB → Linear 转换，并减少了 Shader 中 pow 等计算指令次数。
• 精准的色彩表现。符合 IEC 61966-2-1 标准，比 pow(2.2)更准确，保证美术资源色彩一致性。
• 易用性。用户不用写 gammaToLinear 那一坨代码了 (${{\color{red}待定，是否需要向下兼容以及不支持 sRGB 的机型？}}$)。

关键问题和解决方案

1. 兼容性问题

• sRGB 在 WebGL2.0 中默认支持，在 WebGL1.0 中可以通过 EXT_sRGB 插件支持。
• 在生成纹理时，ext.SRGB_EXT对标 gl.SRGB8；ext.SRGB_ALPHA_EXT对标gl.SRGB8_ALPHA8。
  • 这里的ext.SRGB_ALPHA_EXT和ext.SRGB8_ALPHA8_EXT不是同一个东西，不能同时对标 WebGL2.0 的 gl.SRGB8_ALPHA8，也是目前引擎唯一无法抹平的变量，所以不在 GLCapability文件中抹平，可以在运行时通过 getExtension 获取插件的真实值( WebGL1.0 才需要这么搞 )。
  • ext 插件支持的格式都是 Unsized format，所以 WebGL1.0 的 sRGB 不支持生成 mipmap，详情如下第 2 个 mipmap 问题。
• 在生成 RBO 时，ext.SRGB8_ALPHA8_EXT 对标 gl.SRGB8_ALPHA8，不过目前引擎没有单独使用颜色 RBO 的功能，这里暂时不做特殊处理。
• 特殊 case：需不需要兼容连 webgl1.0 插件都不支持的机型。如果需要支持的话，shader 还是要根据 ENABLE_SRGB 宏开关去进行 gammaToLinear 的操作。

2. Mipmap 支持问题

只有 WebGL2.0 的 SRGB8_ALPHA8格式才支持 Mipmap，否则会报以下错误:

这个是 WebGL 底层的缺陷，无法绕过去，是因为 WebGL 规范不允许 unsized format 生成 mipmap，因此我们需要判断当前环境 sRGB 是否支持 mipmap，如果不支持的话，引擎做以下处理：

• 强制禁止generateMipmap。
• 强制采样方式TEXTURE_MIN_FILTER 为 gl.NEAREST 或者 gl.LINEAR。
• WebGL2.0 有强制只采样 0 级的接口：gl.texParameteri(gl.TEXTURE_2D, gl.TEXTURE_MAX_LEVEL, 0);

3. 开关设计

• 对引擎 Runtime 来说 ，sRGB 是一系列纹理格式，即引擎的 TextureFormat新增 SRGB、SRGBA、各个压缩纹理格式。
• 在编辑器测，纹理新增 sRGB 开关 ，根据原纹理格式转换成相应的 sRGB 格式：
  • R8G8B8A8 ->SRGBA
  • R8G8B8 -> SRGB
  • 压缩纹理 -> sRGB 对应的压缩纹理，详见第 5 个压缩纹理表格

4. 哪些纹理需要 sRGB 格式

一般跟视觉相关的纹理都需要 sRGB 格式，用户可以选中纹理，自己切换为 sRGB 格式，以下引擎内置的纹理也需要改为 sRGB：

• PBR 的基础纹理、高光纹理、自发射纹理。
• Blinn-Phong 的漫反射纹理、自发射纹理、高光纹理。
• Unlit 的基础纹理。
• 粒子系统的基础纹理。
• 管线的 camera_OpaqueTexture。
• 后处理系统的纹理。
• Skybox 非 RGBM 模式时的天空纹理。

5. 压缩纹理

• Encoder 测支持 sRGB。
• Decoder 测支持解析，etc 和 s3tc 参考官方说明，综合如下：

压缩格式 + sRGB 插件	原 TextureFormat	sRGB 新增
astc	ASTC_4x4	SRGBA_ASTC_4X4
etc	ETC2_RGBA8	${{\color{red} ETC2\_SRGBA }}$
	ETC2_RGB	ETC2_SRGB
bptc	BC7	BC7_SRGBA
s3tc + WEBGL_compressed_texture_s3tc_srgb	BC3	BC3_SRGBA
	BC1	BC1_SRGB
pvrtc	PVRTC_RGBA4	不支持 sRGB，直接降级
	PVRTC_RGB4
降级	downgrade R8G8B8A8	${{\color{red} SRGBA}}$