PBR 材质制作与校准
再好的 PBR Shader，也只能把输入的数据“如实”算出来。贴图勾错一个 sRGB、粗糙度当成光滑度、金属的颜色画暗了，画面立刻就假。本章从贴图的色彩空间讲到取值原则，再用 Rendering Debugger 和自己写的校验 Shader，把材质问题变成看得见的颜色。
13.1 为什么材质需要“校准”
第 9～11 章花了大量篇幅保证 BRDF 是物理合理的：能量守恒、菲涅尔、微表面遮挡、多次散射补偿。但这些保证都有一个前提——输入是合理的。BRDF 假设基础色是“表面在各个波长上反射多少比例的光”，那它就必须在 0 到 1 之间，而且现实中几乎没有材质会反射 100% 或 0% 的光；BRDF 假设金属度要么是 0 要么是 1，因为现实中一个微观点不是金属就是非金属；BRDF 假设法线贴图存的是切线空间的单位向量，坐标轴方向和引擎约定一致。任何一个前提被打破，Shader 都会忠实地算出一个“错误但看起来能接受”的结果，这比直接报错更危险。
“校准”就是让材质数据回到这些前提之内。它包含三个层次：数据层（贴图的导入设置、通道含义、色彩空间对不对）、取值层（数值是否在合理范围）、观察层（在什么光照环境下判断材质，判断时能否排除光照的干扰）。本章按这个顺序展开，最后给出三件工具：URP 自带的 Rendering Debugger、我们自己写的 PBR 校验 Shader、一个批量检查导入设置的编辑器脚本。
13.2 色彩空间与贴图通道
两种贴图：颜色与数据
工程设为 Linear 色彩空间后，所有光照计算都在线性空间进行。但贴图文件大多以 8 位存储，人眼对暗部更敏感，如果线性地平均分配 256 个台阶，暗部会出现明显的色带。所以颜色图像（照片、手绘的颜色贴图）通常用 sRGB 编码存储：暗部分配更多台阶。读取时必须先解码回线性，Shader 才能正确计算。sRGB 的解码函数（摘自 IEC 61966-2-1 标准，也是 core 包 Color.hlsl 中 SRGBToLinear 的实现）是：
判断一张贴图该不该开 sRGB，只问一个问题：它存的是“给人看的颜色”，还是“给 Shader 用的数字”？颜色贴图开 sRGB；金属度、光滑度、AO、高度、Mask 这类数据贴图关 sRGB——它们的 0.5 就意味着 0.5，不应该被一条视觉曲线扭曲。法线贴图是特殊的数据贴图，Texture Type 要设成 Normal Map，Unity 会自动按线性处理，并换成专门的压缩格式。
在 Unity 中，这个开关就是 Texture Import Settings 里的 。勾上时，GPU 会用 sRGB 格式（例如 BC7_SRGB、R8G8B8A8_SRGB）创建贴图，硬件在采样和过滤时自动解码，Shader 里拿到的已经是线性值，不需要也不应该再写任何 pow。本书的配套工程用一个 AssetPostprocessor（_Core/Editor/CookbookTextureImporter.cs）按文件名后缀自动设置：_normal 设为 Normal Map，_mask、_height、noise_ 关闭 sRGB。项目里建议也这样做，把规则写成代码比靠人记可靠得多。
勾错了会怎样
中图的错误最容易被发现：颜色贴图被当成线性数据，相当于少做了一次解码，中间调被整体抬高，画面像蒙了一层白雾。右图的错误更隐蔽：Mask 被当成颜色解码，金属度在 0 和 1 两端不受影响（解码曲线经过这两个点），但所有中间值——光滑度、AO、金属过渡边缘——都被压暗。漆面光滑度 0.55 解码后只剩 0.26 左右，高光几乎消失。美术如果在这种状态下“调好”材质，往往会把光滑度贴图画得过亮来补偿，问题从此被掩盖进了资产里。
13.3 通道打包：Mask Map
金属度、AO、光滑度都是单通道数据。分别存成三张灰度图，意味着三次采样、三个采样器槽位、三份 mip 链的内存和带宽。把它们打包进一张 RGBA 贴图的不同通道，一次采样就能拿全，这就是 Mask Map（也叫 ORM、MRAO 等，各家叫法不同）。
URP Lit 的 SampleMetallicSpecGloss 读 _MetallicGlossMap 的 R 作为金属度、A 作为光滑度（再乘 Smoothness 滑条）；SampleOcclusion 读 _OcclusionMap 的 G 通道（摘自 URP 14 Shaders/LitInput.hlsl）。所以一张 R 金属、G AO、A 光滑的 Mask 可以同时放进两个槽，URP Lit 会各取所需——第 11 章的对比图就是这样配置的。代价是同一张贴图被采样两次，如果追求极致，可以像 MyPBR 那样写自己的 Shader，一次采样拿全。
打包时有三个细节值得注意：
- 光滑度还是粗糙度。Unity 系的 Shader（URP、HDRP、Built-in Standard）都用光滑度；Unreal、glTF 和大部分 DCC 工具导出的是粗糙度。两者互为 ，混用的后果见图 13-5。
- 压缩格式与通道串扰。BC1/BC3（DXT1/DXT5）的 RGB 三个通道共享块内的颜色端点，三个毫不相关的灰度图挤进 RGB 会互相干扰，出现块状噪点；BC3 的 A 通道是独立压缩的，质量最好，所以光滑度这种对高光影响最大的数据通常放在 A。桌面平台的 BC7、移动平台的 ASTC 质量更高，但同样建议把最重要的数据放进独立性最好的通道，并在打包后检查压缩结果。
- mip 与过滤。AO、金属度在 mip 中被平均是合理的；光滑度在远处被平均后，会丢失“法线细节被平均掉”带来的额外粗糙——远处的物体反而显得更光滑、高光闪烁。这个问题叫镜面走样，处理方法（Toksvig、按法线方差调整粗糙度等）超出本章范围，这里只提醒：法线贴图和光滑度贴图是耦合的。
逐通道查看贴图是检查打包是否正确的第一步。ChannelView 是一个很小的无光照 Shader，它保证屏幕上的像素值等于贴图里存的数值：对线性贴图，采样值就是存储值，输出前做一次 SRGBToLinear 抵消相机目标的 sRGB 编码；对 sRGB 贴图，硬件已经解码，直接输出即可。
// 单独查看贴图的某个通道（不受光照影响）。 // 目标：屏幕上的像素值 = 贴图文件里存的数值。 // 线性贴图（Mask、法线）：采样值就是存的值，输出前做 SRGBToLinear，抵消相机目标的 sRGB 编码； // sRGB 贴图（Albedo）：采样时硬件已解码成线性，直接输出，目标编码回去正好还原。 Shader "Cookbook/Ch13/ChannelView" { Properties { _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {} [Enum(R,0,G,1,B,2,A,3,RGB,4)] _Channel ("Channel", Float) = 4 [Toggle] _LinearData ("Texture Is Linear Data", Float) = 1 } SubShader { Tags { "RenderType"="Opaque" "RenderPipeline"="UniversalPipeline" "Queue"="Geometry" } Pass { Tags { "LightMode"="UniversalForward" } HLSLPROGRAM #pragma vertex vert #pragma fragment frag #include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl" #include "Packages/com.unity.render-pipelines.core/ShaderLibrary/Color.hlsl" CBUFFER_START(UnityPerMaterial) float4 _MainTex_ST; float _Channel; float _LinearData; CBUFFER_END TEXTURE2D(_MainTex); SAMPLER(sampler_MainTex); struct Attributes { float4 positionOS : POSITION; float2 uv : TEXCOORD0; }; struct Varyings { float4 positionCS : SV_POSITION; float2 uv : TEXCOORD0; }; Varyings vert(Attributes v) { Varyings o; o.positionCS = TransformObjectToHClip(v.positionOS.xyz); o.uv = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex); return o; } half4 frag(Varyings i) : SV_Target { // 注意：采样到的值已经过“导入设置决定的”解码——sRGB 贴图会被转成线性 half4 t = SAMPLE_TEXTURE2D(_MainTex, sampler_MainTex, i.uv); int ch = (int)_Channel; half3 c = ch == 4 ? t.rgb : t[min(ch, 3)].xxx; return half4(_LinearData > 0.5 ? SRGBToLinear(c) : c, 1); } ENDHLSL } } }
// 单独查看贴图的某个通道（不受光照影响）。（GLSL 版，对应 Ch13/ChannelView.shader） // 目标：屏幕上的像素值 = 贴图文件里存的数值。 // 线性贴图（Mask、法线）：采样值就是存的值，输出前做 SRGBToLinear，抵消相机目标的 sRGB 编码； // sRGB 贴图（Albedo）：采样时硬件已解码成线性，直接输出，目标编码回去正好还原。 Shader "Cookbook/Ch13/ChannelView" { SubShader { Tags { "RenderType"="Opaque" "RenderPipeline"="UniversalPipeline" "Queue"="Geometry" } Pass { Tags { "LightMode"="UniversalForward" } GLSLPROGRAM uniform vec4 _MainTex_ST; uniform float _Channel; uniform float _LinearData; uniform sampler2D _MainTex; VARYING vec2 uv; #ifdef VERTEX void main() { gl_Position = TransformObjectToHClip(positionOS.xyz); uv = TransformTex(texcoord0.xy, _MainTex_ST); } #endif #ifdef FRAGMENT void main() { // 注意：采样到的值已经过“导入设置决定的”解码——sRGB 贴图会被转成线性 vec4 t = texture(_MainTex, uv); int ch = int(_Channel); vec3 c = ch == 4 ? t.rgb : vec3(t[min(ch, 3)]); fragColor = vec4(_LinearData > 0.5 ? SRGBToLinear(c) : c, 1.0); } #endif ENDGLSL } } }
这类错误有一个可靠的识别特征：本应最粗糙的地方（缝隙、边缘磨损、灰尘）反而最亮。修正方法有三种：在 DCC 里重新导出光滑度；在 Unity 2022 的导入设置里用 Swizzle 把对应通道设为 1 − A（2022.x 起导入器提供 Swizzle 选项，可用 TextureImporterSwizzle.OneMinusA 等值）；或者在打包脚本里统一取反。不推荐在 Shader 里加“是否取反”的开关，那会让每个材质多一个可能被设错的参数。
案例 13.1程序化刷漆金属：一套参数生成三张贴图进阶单独打开 ↗
目标：用 C# 从一组参数生成 Albedo、Mask、Normal 三张贴图，体会“各通道从同一份结构派生、彼此对得上”的制作思路，并观察每张贴图加入后的变化。
手绘或扫描材质时最常见的问题之一，是各张贴图之间对不上：漆皮剥落的地方，Albedo 画了金属色，金属度却没画成 1；划痕在法线里有，在光滑度里没有。程序化生成天然避免了这个问题——所有通道都来自同一张“剥落程度”的噪声。
[System.Serializable] public struct Settings { public Color paintColor; // 漆面颜色（sRGB，美术直觉） public Color metalColor; // 裸金属颜色（sRGB）——金属的 Albedo 就是它的 F0，要亮 public float wear; // 剥落程度 0~1 public float edgeSoftness; // 剥落边缘的过渡宽度 public float paintSmoothness; // 漆面光滑度 public float metalSmoothness; // 裸金属光滑度 public float paintThickness; // 漆皮厚度（只影响法线强度） public int seed; public int size; public static Settings Default => new Settings { paintColor = new Color(0.10f, 0.36f, 0.50f), metalColor = new Color(0.78f, 0.78f, 0.80f), wear = 0.4f, edgeSoftness = 0.035f, paintSmoothness = 0.55f, metalSmoothness = 0.78f, paintThickness = 4f, seed = 7, size = 256 }; }
public static Result Generate(Settings st) { int N = st.size; var chip = new float[N * N]; var grime = new float[N * N]; var height = new float[N * N]; for (int y = 0; y < N; y++) for (int x = 0; x < N; x++) { float u = (float)x / N, v = (float)y / N; float n = Fbm(u, v, 6, 5, st.seed); // 剥落形状 float g = Fbm(u, v, 16, 4, st.seed + 101); // 细碎的脏污/磨损 // wear 越大，阈值越低，露出的金属越多 float t = 1f - st.wear; float c = Mathf.SmoothStep(0f, 1f, Mathf.InverseLerp(t - st.edgeSoftness, t + st.edgeSoftness, n)); chip[y * N + x] = c; grime[y * N + x] = g; height[y * N + x] = 1f - c; // 漆皮高、裸金属低 } var albedo = new Color[N * N]; var mask = new Color[N * N]; var normal = new Color[N * N]; for (int y = 0; y < N; y++) for (int x = 0; x < N; x++) { int i = y * N + x; float c = chip[i], g = grime[i]; float edge = 4f * c * (1f - c); // 剥落边缘带：0 → 1 → 0 // Albedo：漆面按脏污轻微明暗变化；金属保持明亮（不要把金属画暗） Color paint = st.paintColor * (0.88f + 0.24f * g); Color metal = st.metalColor * (0.92f + 0.12f * g); Color a = Color.Lerp(paint, metal, c); a = Color.Lerp(a, a * 0.8f, edge * 0.5f); // 边缘积灰略暗 albedo[i] = new Color(a.r, a.g, a.b, 1); // Mask：R 金属度（剥落处 = 1）；G AO（边缘/凹处偏暗）；A 光滑度 float metallic = c; float ao = Mathf.Clamp01(1f - 0.35f * edge - 0.12f * (1f - g)); float smooth = Mathf.Lerp(st.paintSmoothness * (0.85f + 0.3f * g), st.metalSmoothness * (0.9f + 0.1f * g), c); smooth *= 1f - 0.4f * edge; // 边缘更粗糙 mask[i] = new Color(metallic, ao, 0, Mathf.Clamp01(smooth)); // 法线：对高度做中心差分（可平铺，取模回绕） float hL = height[y * N + (x + N - 1) % N], hR = height[y * N + (x + 1) % N]; float hD = height[((y + N - 1) % N) * N + x], hU = height[((y + 1) % N) * N + x]; var nrm = new Vector3(-(hR - hL) * 0.5f * st.paintThickness, -(hU - hD) * 0.5f * st.paintThickness, 1f).normalized; normal[i] = new Color(nrm.x * 0.5f + 0.5f, nrm.y * 0.5f + 0.5f, nrm.z * 0.5f + 0.5f, 1); } return new Result { albedo = Make(albedo, N, false, "PM_Albedo"), // 颜色贴图：sRGB mask = Make(mask, N, true, "PM_Mask"), // 数据贴图：线性 normal = Make(normal, N, true, "PM_Normal"), // 法线：线性（不能做 sRGB 解码） }; }
生成流程可以概括为“一张结构图，派生所有通道”：
- 结构：一张低频 fBm 噪声
n决定漆皮在哪里剥落。wear参数控制阈值，越大露出的金属越多；smoothstep给出一条有一定宽度的过渡带c（0 = 漆，1 = 金属）。另一张高频噪声g提供细碎的脏污变化。 - Albedo：漆色与金属色按
c混合。金属色故意保持明亮——金属的 Albedo 就是它的 F0，现实中常见金属的反射率都很高（13.4 节）。剥落边缘的过渡带略微变暗，模拟积灰。 - Mask：R 直接等于
c，过渡带上会有 0～1 之间的值，这是允许的（像素覆盖了一部分漆、一部分金属）；G 在边缘带降低，模拟缝隙中的遮蔽；A 在漆和金属之间插值，并在边缘带降低，因为剥落边缘粗糙。 - Normal：漆皮有厚度，高度 = 1 − c；对高度做中心差分得到切线空间法线。注意 Unity 的切线空间 +Y 对应贴图的 +V 方向（OpenGL 约定），而
SetPixels的第 0 行是贴图底部，所以向上的差分就是 +Y，不需要翻转。 - 色彩空间：Albedo 创建为 sRGB 贴图（
linear: false），Mask 和 Normal 创建为线性贴图。生成时我们给的颜色本身就是 sRGB 值（美术在取色器里看到的数值），与导入设置保持一致。
第一格与第二格的差异最能说明金属度的作用：同样一块浅灰色区域，金属度为 0 时它是“浅灰色塑料”，漫反射占主导；金属度为 1 时它没有漫反射，颜色完全来自对环境的反射。第四格展示了程序化的价值：改两个参数就得到一套新的、各通道自洽的贴图。实际项目中，这类生成通常在 Substance Designer、Houdini 或自研工具中完成，原理相同。
13.4 取值原则：Albedo、金属度与光滑度
物理上，材质参数应当来自测量。但本书不打算给你一张“XX 材料的 Albedo 是多少”的表——测量值依赖样品、光谱、测量方式，抄来的数字不一定适合你的项目，而且很容易被误用。下面只讲原则和业内公认的范围，以及这些范围的出处。
Albedo（基础色）
- 不要用纯黑和纯白。现实中几乎没有表面反射 0% 或 100% 的光：最黑的常见材料（木炭、黑色橡胶）也会反射几个百分点，新雪是最白的常见材料之一，也不到 100%。纯黑的漫反射会让物体在任何光照下都“吸光”，阴影中失去所有细节；纯白会让漫反射吃掉几乎全部入射光，在强光下大面积过曝。
- 业内常引用的范围。Substance（Allegorithmic）发布的 PBR 指南建议：电介质 Albedo 的暗部不低于 sRGB 约 30～50，亮部不高于 sRGB 约 240。URP 的 Rendering Debugger 默认使用的线性亮度范围是 0.01～0.90（摘自 URP 14
DebugDisplaySettingsMaterial.cs的默认值），比前者宽松。两个范围都是“提醒你检查”的阈值，而不是硬性规定。 - 金属的 Albedo 就是 F0，应当明亮。同一份 PBR 指南给出的金属反射率范围对应 sRGB 约 180～255（不同金属颜色不同，例如金偏黄、铜偏红）。把金属画暗，得到的不是“暗色金属”，而是像石墨或黑漆的东西。
- Albedo 里不能画光照：不能画阴影、AO、高光、环境色。AO 放进 AO 通道，高光由 BRDF 产生，阴影由灯光产生。扫描或照片得来的贴图尤其要去光照（De-lighting）。
注意左图中最左边两个球：它们的差异几乎只剩高光，漫反射已经“死”了；最右边的球在主光下大面积发白。人眼对此并不敏感——单看一颗球都“还行”，但当它们出现在同一个场景里，被不同的光照照亮时，过暗和过亮的材质会明显不协调。
金属度
金属度是一个“分类”参数，不是“程度”参数。一个微观点要么是金属，要么不是，所以金属度贴图应当基本是黑白的。0～1 之间的值只应该出现在：抗锯齿的过渡边缘、漆皮剥落的过渡带（一个像素覆盖了两种材质）、金属表面覆盖了一层薄薄的灰尘或氧化物。大面积 0.5 的“半金属”在物理上没有对应物，看起来通常像蒙了一层灰的塑料。
第四个和第五个球给出了区分金属与电介质最可靠的视觉线索：高光的颜色。电介质的 F0 几乎是无色的，所以高光是光源的颜色（白色）；金属的 F0 就是它的 Albedo，高光带着金属自己的颜色。如果你在场景里看到一个“白色高光的金子”或“红色高光的塑料”，金属度一定设错了。
光滑度
光滑度没有可以直接测量的“标准值”——它描述的是微观表面的统计粗糙程度，同一种材料抛光与否差别巨大。可以遵循的原则是：
- 光滑度承载的是材质的表面状态：磨损、灰尘、指纹、水渍、油污都主要体现在光滑度上，它往往是最能表现“故事”的通道。
- 避免整张贴图用同一个值；即使是“均匀”的材质，细微的光滑度变化也能打破 CG 感。
- 极高的光滑度（接近 1）只用于真正抛光的表面：镜子、抛光金属、清漆、水面。大多数日常物体处在中间区域。
- 光滑度在不同光照下的观感差异很大（见 13.6 节），应在多种光照下检查。
13.5 法线贴图的常见错误
法线贴图出错时，画面往往“看起来有凹凸”，只是凹凸的方向、强度或光照反应不对，很难一眼发现。下面四种是最常见的情况。
Y 翻转
用 DirectX 约定导出的法线贴图放进 Unity，凸起会变成凹陷——前提是光从上下方向照射；如果光从左右照来，翻转 G 几乎看不出来，这就是这个错误常常逃过检查的原因。检查方法：用一盏从上方照射的灯，看凸起物的上沿是否受光。修正方法：在导出工具中选择 OpenGL；或在 Unity 导入设置的 Swizzle 中把 G 设为 1 − G；或在批处理脚本中翻转。
没有标记为 Normal Map
法线贴图被当作默认类型导入时，会默认开启 sRGB。存储值 128（代表分量 0）被解码成 0.216，再经过 ×2 − 1 变成 −0.57——整张图的法线都向 −X、−Y 方向倾斜。同时，贴图会被按颜色贴图压缩（例如 BC1），而不是法线专用的 BC5/DXT5nm 布局。Unity 在材质 Inspector 中检测到这种情况时会提示 “This texture is not marked as a normal map” 并给出 Fix Now 按钮，但通过脚本批量创建的材质往往没有人看到这个提示，13.7 节的检查工具专门检查这一项。
强度与 mip
法线强度（Bump Scale）放大的是切线平面内的分量。拉得过高时，原本细微的噪声会变成显眼的颗粒，而且远处的 mip 被平均后法线长度变短，高光闪烁更严重。合理的做法是在烘焙或绘制阶段就把强度做对，Shader 中的强度参数用于微调。
切线不一致
法线贴图是相对于“烘焙时使用的切线空间”记录的。如果模型在 Unity 中计算的切线和烘焙工具用的不同，即使贴图本身没错，接缝处也会出现明暗断裂。业界的通行做法是两边都使用 MikkTSpace 切线空间：Unity 模型导入设置中 Tangents 选 Calculate Mikktspace（默认），烘焙工具也选 MikkTSpace。镜像 UV 时 tangent.w 为 −1，Shader 中必须用它重建副切线（第 7、11 章的代码都这样做了）。
13.6 光照环境对材质判断的影响
同一个材质在不同光照下的观感可以差得很远。美术在一个暖色、低角度、对比强烈的场景里调出的材质，放到中性光照下往往偏色、偏亮或偏暗。原因很简单：我们看到的是“材质 × 光照”，而光照的颜色、方向、强度和环境反射都在改变最终颜色。
中图中，灰色参照球变成了橙色，砖块的红色被加强；右图中，金属球的剥落处变成黑色——没有环境可以反射，金属就只剩高光，这与案例 11.2 中看到的现象相同。如果只在中图或右图里调材质，很容易把灰球的 Albedo 调成偏蓝去“纠正”它，或者把金属画亮去“补”它。正确的做法：
- 使用中性的看板环境（Look-dev）：中性灰或均匀的天空、白色主光，放一个中性灰电介质球（例如 sRGB 118 左右，对应约 18% 反射率的“灰卡”）和一个铬球作参照。HDRP 有专门的 Look Dev 工具，URP 项目可以自己搭一个这样的场景。
- 在多种光照下验证：中性光照下调好后，再放进项目中的典型光照（白天、夜晚、室内）检查。
- 注意后处理：Tonemapping、Color Grading、曝光会改变最终颜色。调材质时要么关闭后处理，要么使用项目最终的后处理设置，不要在两者之间来回切换判断。
- 用工具而不是眼睛判断数值：取色器在屏幕上取到的是“材质 × 光照 × 后处理”的结果，不是材质值。要检查材质值本身，用下一节的 Rendering Debugger 或校验 Shader。
13.7 Rendering Debugger 的材质校验
URP 自带的 Rendering Debugger（）在 Material 面板中提供三类工具：
| 选项 | 作用 | 典型用途 |
|---|---|---|
| Material Override | 直接输出某个材质属性：Albedo、Specular、Alpha、Smoothness、Ambient Occlusion、Emission、Normal（世界/切线空间）、Metallic，以及 Lighting Complexity | 不受光照影响地检查贴图内容和通道打包 |
| Vertex Attribute | 输出 UV0～UV3、顶点色、切线、法线 | 检查模型数据、切线是否正确 |
| Material Validation | Albedo：亮度超出范围的像素标红（过暗）或标蓝（过亮），可选预设与色相/饱和度容差；Metallic：金属度低于下限标红、高于上限标蓝 | 批量找出取值不合理的材质 |
Albedo 校验的逻辑很直接（摘自 URP 14 ShaderLibrary/Debug/DebuggingCommon.hlsl）：
half luminance = Luminance(albedo); if (luminance < _DebugValidateAlbedoMinLuminance) color = _DebugValidateBelowMinThresholdColor; // 红 else if (luminance > _DebugValidateAlbedoMaxLuminance) color = _DebugValidateAboveMaxThresholdColor; // 蓝 else { // 在范围内时，再按所选预设的色相与饱和度容差检查（默认预设容差为 1，等于不检查） ... }
其中 Luminance 是线性 RGB 的 Rec.709 亮度 。Validation Preset 下拉框中内置了一组预设，每个预设给出一个参考颜色和亮度范围，源码注释说明颜色取自 BabelColor 整理的 ColorChecker 色卡数据。下表摘录其中几项（数值均为 URP 14 源码中的设定）：
| 预设 | 线性亮度范围 | 预设 | 线性亮度范围 |
|---|---|---|---|
| Default Luminance | 0.01～0.90 | Old Concrete | 0.17～0.30 |
| Black Acrylic Paint | 0.03～0.07 | Dry Sand | 0.20～0.45 |
| Dark Soil | 0.05～0.14 | New Concrete | 0.32～0.55 |
| Green Grass | 0.16～0.26 | White Acrylic Paint | 0.75～0.85 |
| Red Clay Tile | 0.23～0.33 | Fresh Snow | 0.85～0.95 |
这些预设的用途是“针对某一类材质做更严格的检查”：例如场景里都是混凝土，选 Old Concrete 预设，所有不在这个范围、或色相饱和度偏离参考色的像素都会被标出。默认预设只检查亮度，不检查色相。
这张图揭示了 Rendering Debugger 的两个特点。第一，Albedo 校验不区分金属与电介质——明亮的金属 Albedo 完全合理，但同样可能被标成蓝色（本例的银色金属恰好在 0.9 以下）。第二，Metallic 校验只是一个“范围检查”：默认上限 0.9 意味着纯金属会被标蓝，而真正有问题的 0.5 半金属反而显示为灰色。它适合“这个场景里不该有金属”这类检查，不擅长找“金属度灰区”。要做更贴合 PBR 原则的检查，需要自己写——这就是下一个案例。
DEBUG_DISPLAY 分支的 Shader 有效：URP 的 Lit、Simple Lit、Complex Lit、Shader Graph 生成的 Shader 都支持；自写 Shader 需要像第 11 章 MyPBR 那样，声明 #pragma multi_compile_fragment _ DEBUG_DISPLAY，把表面参数填进 SurfaceData，调用 CanDebugOverrideOutputColor。否则在调试模式下这些物体会照常着色，很容易被误以为“没有问题”。案例 13.2写一个“PBR 校验”Shader进阶单独打开 ↗
目标：写一个读取 URP Lit 材质属性的校验 Shader，按 PBR 原则把超出范围的像素用醒目的斜条纹标出来，并能一键作用于整个场景。
规则按材质类型分开判断，比 Rendering Debugger 更贴近 13.4 节的原则：
| 条件 | 标记 | 含义 |
|---|---|---|
| 0.1 < 金属度 < 0.9 | 黄色条纹 | 金属度灰区，只应出现在过渡边缘 |
| 金属度 ≥ 0.9 且 Albedo 最大分量 < sRGB 180 | 品红条纹 | 金属的 F0 过暗 |
| 电介质且亮度 < sRGB 30 | 红色条纹 | 电介质过暗 |
| 电介质且亮度 > sRGB 240 | 蓝色条纹 | 电介质过亮 |
// 阈值用 sRGB 0~1 表示（美术在取色器里看到的数值 / 255）。 // 全局变量，由 C# 用 Shader.SetGlobalVector 设置；w <= 0 时使用下面的默认值。 float4 _PBRValidateRange; // x 电介质最暗 y 电介质最亮 z 金属最暗 #define DEFAULT_RANGE float3(30.0 / 255.0, 240.0 / 255.0, 180.0 / 255.0) #define METAL_GRAY_LOW 0.1 #define METAL_GRAY_HIGH 0.9
half4 frag(Varyings i) : SV_Target { half3 albedo = SAMPLE_TEXTURE2D(_BaseMap, sampler_BaseMap, i.uv).rgb * _BaseColor.rgb; // 线性 #if defined(_METALLICSPECGLOSSMAP) half metallic = SAMPLE_TEXTURE2D(_MetallicGlossMap, sampler_MetallicGlossMap, i.uv).r; #else half metallic = _Metallic; #endif float3 range = _PBRValidateRange.w > 0 ? _PBRValidateRange.xyz : DEFAULT_RANGE; // 回到 sRGB 再比较，和美术在 Photoshop/Substance 里看到的数值一致 half lumS = LinearToSRGB(Luminance(albedo).xxx).x; half maxS = LinearToSRGB(max(albedo.r, max(albedo.g, albedo.b)).xxx).x; half3 flag = 0; half bad = 0; if (metallic > METAL_GRAY_LOW && metallic < METAL_GRAY_HIGH) { flag = half3(1, 0.85, 0); bad = 1; } // 黄 else if (metallic >= METAL_GRAY_HIGH) { if (maxS < range.z) { flag = half3(1, 0, 1); bad = 1; } // 品红 } else { if (lumS < range.x) { flag = half3(1, 0.1, 0.1); bad = 1; } // 红 else if (lumS > range.y) { flag = half3(0.15, 0.35, 1); bad = 1; } // 蓝 } // 底图：Albedo 亮度 × 简单的半兰伯特，保留形体，又不让光照干扰“材质值”的判断 half ndl = dot(normalize(i.normalWS), GetMainLight().direction) * 0.5 + 0.5; half3 baseCol = Luminance(albedo).xxx * (0.35 + 0.65 * ndl); // 屏幕空间斜条纹：一眼能和“本来就是这个颜色的材质”区分开 half stripe = frac((i.positionCS.x + i.positionCS.y) / 14.0) < 0.5; half3 c = lerp(baseCol, flag, bad * lerp(0.35, 0.9, stripe)); return half4(c, 1); }
void main() { vec3 albedo = texture(_BaseMap, uv).rgb * _BaseColor.rgb; // 线性 #if defined(_METALLICSPECGLOSSMAP) float metallic = texture(_MetallicGlossMap, uv).r; #else float metallic = _Metallic; #endif vec3 range = _PBRValidateRange.w > 0.0 ? _PBRValidateRange.xyz : DEFAULT_RANGE; // 回到 sRGB 再比较，和美术在 Photoshop/Substance 里看到的数值一致 float lumS = LinearToSRGB(vec3(Luminance(albedo))).x; float maxS = LinearToSRGB(vec3(max(albedo.r, max(albedo.g, albedo.b)))).x; vec3 flag = vec3(0.0); float bad = 0.0; if (metallic > METAL_GRAY_LOW && metallic < METAL_GRAY_HIGH) { flag = vec3(1, 0.85, 0); bad = 1.0; } // 黄 else if (metallic >= METAL_GRAY_HIGH) { if (maxS < range.z) { flag = vec3(1, 0, 1); bad = 1.0; } // 品红 } else { if (lumS < range.x) { flag = vec3(1, 0.1, 0.1); bad = 1.0; } // 红 else if (lumS > range.y) { flag = vec3(0.15, 0.35, 1); bad = 1.0; } // 蓝 } // 底图：Albedo 亮度 × 简单的半兰伯特，保留形体，又不让光照干扰“材质值”的判断 float ndl = dot(normalize(normalWS), GetMainLight().direction) * 0.5 + 0.5; vec3 baseCol = vec3(Luminance(albedo)) * (0.35 + 0.65 * ndl); // 屏幕空间斜条纹：一眼能和“本来就是这个颜色的材质”区分开 float stripe = fract((gl_FragCoord.x + gl_FragCoord.y) / 14.0) < 0.5 ? 1.0 : 0.0; vec3 c = mix(baseCol, flag, bad * mix(0.35, 0.9, stripe)); fragColor = vec4(c, 1.0); }
几个设计考虑：
- 属性名与 URP Lit 完全一致（
_BaseMap、_BaseColor、_Metallic、_MetallicGlossMap），并声明了同名关键字_METALLICSPECGLOSSMAP。因此它可以直接“替换”Lit：在材质上把 Shader 换成它，所有贴图和数值都保留；更重要的是可以作为 RenderObjects 的 Override Shader 使用。 - 比较在 sRGB 空间进行。采样得到的是线性值，用
LinearToSRGB转回 sRGB 再和阈值比较，这样阈值可以直接使用美术熟悉的 0～255 数值。 - 阈值是全局变量。如果写成材质属性，在 Override Shader 模式下，原材质上不存在这些属性，取不到值；全局变量由 C# 统一设置，w 分量为 0 时使用默认值。
- 底图只保留亮度和简单的形体明暗。校验视图的目的是看材质值，彩色光照和高光只会干扰判断；斜条纹是屏幕空间的，可以和“本来就是红色的材质”区分开。
把它作用到整个场景，用的是 URP 14 自带的 Render Objects Renderer Feature 的 Override Mode = Shader。与 Override Material 不同，Override Shader 会保留每个物体原材质的属性值，只替换 Shader，这正是校验视图需要的。在 Renderer 资产上手动添加时，按下列设置填写：
- 选中项目使用的 Universal Renderer Data 资产，。
- Event 选 AfterRenderingOpaques；Filters › Queue 选 Opaque，Layer Mask 选 Everything。
- Overrides › Override Mode 选 Shader，Shader 选 Cookbook/Ch13/PBRValidate，Pass Index 为 0。
- 需要校验时勾选该 Feature，平时取消勾选即可。
配图脚本里用代码做了同样的配置：
// 用 RenderObjects（Override Mode = Shader）把整个场景的不透明物体用 PBRValidate 重画一遍。 // 与在 Renderer 资产的 Inspector 里手动添加 Render Objects Feature 并这样填写等价。 static void AddValidateFeature(Shot s) { Shader.SetGlobalVector("_PBRValidateRange", new Vector4(30f / 255f, 240f / 255f, 180f / 255f, 1f)); var f = s.Feature<RenderObjects>(); f.settings.Event = RenderPassEvent.AfterRenderingOpaques; f.settings.filterSettings.RenderQueueType = RenderQueueType.Opaque; f.settings.filterSettings.LayerMask = ~0; f.settings.overrideMode = RenderObjects.RenderObjectsSettings.OverrideMaterialMode.Shader; f.settings.overrideShader = Shader.Find("Cookbook/Ch13/PBRValidate"); f.settings.overrideShaderPassIndex = 0; f.Create(); // 改完 settings 要重新 Create，Feature 才会按新设置建 Pass }
后方环面的结果值得注意：它使用的 Mask 贴图（案例 13.1 生成）在过渡带上有 0～1 之间的金属度，校验视图把这些边缘标成黄色。这不是错误，而是提醒你：过渡带的宽度是否合理？如果整片都是黄色，说明过渡带太宽了。校验工具的作用是把问题“显影”，最终判断仍然需要人来做。
_METALLICSPECGLOSSMAP 的状态被带过来了；如果你的校验 Shader 没有声明这个关键字，所有使用金属度贴图的 Lit 材质都会退回到 _Metallic 滑条的值，校验结果就不可信。案例 13.3批量检查贴图导入设置入门单独打开 ↗
目标：写一个编辑器菜单，按命名约定检查贴图的 sRGB 和 Normal Map 设置，并检查材质的法线槽里是否放了非法线贴图。
13.2 和 13.5 节的错误有一个共同点：它们都可以通过检查导入设置在“进场景之前”发现。前提是项目有统一的命名约定，例如颜色贴图以 _albedo、_basecolor 结尾，数据贴图以 _mask、_roughness 结尾，法线贴图以 _normal 结尾。
// 后缀 -> 期望：颜色类贴图开 sRGB；数据类贴图关 sRGB；法线贴图必须是 Normal Map 类型 static readonly string[] ColorSuffix = { "_albedo", "_basecolor", "_diffuse", "_color", "_emission" }; static readonly string[] DataSuffix = { "_mask", "_metallic", "_roughness", "_smoothness", "_ao", "_occlusion", "_height" }; static readonly string[] NormalSuffix = { "_normal", "_nrm", "_n" }; public static List<string> AuditFolder(string folder) { var issues = new List<string>(); foreach (var guid in AssetDatabase.FindAssets("t:Texture2D", new[] { folder })) { string path = AssetDatabase.GUIDToAssetPath(guid); if (!(AssetImporter.GetAtPath(path) is TextureImporter ti)) continue; string n = System.IO.Path.GetFileNameWithoutExtension(path).ToLowerInvariant(); if (NormalSuffix.Any(n.EndsWith)) { if (ti.textureType != TextureImporterType.NormalMap) issues.Add($"{path}: 名字是法线贴图，但 Texture Type 不是 Normal Map（会被当颜色做 sRGB 解码，也不会按法线格式压缩）"); } else if (DataSuffix.Any(n.EndsWith)) { if (ti.sRGBTexture) issues.Add($"{path}: 数据贴图开启了 sRGB，金属度/光滑度/AO 会被错误地“解码变暗”"); } else if (ColorSuffix.Any(n.EndsWith)) { if (!ti.sRGBTexture) issues.Add($"{path}: 颜色贴图关闭了 sRGB，颜色会显得发灰、偏亮"); } } return issues; } // 材质的法线槽里放了非 Normal Map 类型的贴图（Inspector 会提示 Fix Now，但批量导入的材质常被忽略） public static List<string> AuditMaterials(string folder) { var issues = new List<string>(); foreach (var guid in AssetDatabase.FindAssets("t:Material", new[] { folder })) { var mat = AssetDatabase.LoadAssetAtPath<Material>(AssetDatabase.GUIDToAssetPath(guid)); foreach (var prop in new[] { "_BumpMap", "_DetailNormalMap" }) { if (!mat.HasProperty(prop) || !(mat.GetTexture(prop) is Texture2D tex)) continue; if (AssetImporter.GetAtPath(AssetDatabase.GetAssetPath(tex)) is TextureImporter ti && ti.textureType != TextureImporterType.NormalMap) issues.Add($"{mat.name}.{prop} = {tex.name}: 贴图不是 Normal Map 类型"); } } return issues; }
菜单 会检查 Project 窗口中选中的文件夹（未选中时检查整个 Assets），把问题输出为警告。工具只报告、不自动修改，因为导入设置的改动会触发重新导入，并可能改变已经调好的外观，应当由人确认。配图脚本在拍摄砖墙配图时对配套贴图目录运行了一次，结果为零个问题——这是因为配套工程用 AssetPostprocessor 在导入时就自动设好了。两者配合使用效果最好：AssetPostprocessor 保证新导入的贴图正确，检查工具负责找出历史遗留和被手动改错的贴图。
案例 13.4砖墙 PBR 套图入门单独打开 ↗
目标：用配套的 bricks 套图（Albedo、Normal、Mask、Height）在 URP Lit 中组装一面砖墙，观察 Mask 和高度图各自的贡献。
配套砖墙贴图由 tools/gen_textures.py 程序生成，结构与刷漆金属类似：一张“砖块/灰缝”结构图派生出所有通道。Albedo 中砖块为不同深浅的红褐色、灰缝为浅灰；Height 中砖块高、灰缝低；Normal 由 Height 求导得到；Mask 的 R 全为 0（砖墙没有金属），G 在灰缝附近降低（AO），A 中砖块光滑度约 0.25～0.4、灰缝约 0.1。
左图是一个非常常见的“半成品”状态：只有颜色和法线时，Lit 的默认光滑度 0.5 对砖块来说太高了，掠射角下地面泛着一层塑料光。中图中 Mask 提供的低光滑度让砖块回到了“干燥的陶土”，灰缝的低 AO 让结构更清晰。右图的视差映射（URP Lit 使用的是单步偏移的 ParallaxMapping，第 7 章有详细介绍）在掠射角下效果最明显，代价是一次额外的高度图采样，且在轮廓处没有真实的几何变化。
组装一套材质时，可以按下面的顺序检查：先单独看 Albedo（Rendering Debugger 的 Albedo 视图，确认没有画进光照、亮度在范围内）；再看 Mask 各通道（金属度是否基本为黑白，光滑度是否有足够变化，是否把粗糙度当成了光滑度）；再看法线（用从上方照射的灯确认凹凸方向）；最后在中性光照和项目的典型光照下整体检查，并用校验 Shader 过一遍。
本章小结
- PBR Shader 的物理正确性以输入合理为前提；校准包括数据层（导入设置、通道含义）、取值层（数值范围）、观察层（光照环境）。
- 颜色贴图开 sRGB，数据贴图关 sRGB，法线贴图设为 Normal Map 类型；Mask 被错误解码时，所有中间值都会被系统性压低。
- Mask Map 打包时注意光滑度与粗糙度的互换、压缩格式的通道串扰；URP Lit 读 MetallicGlossMap 的 R/A 与 OcclusionMap 的 G，一张 R/G/A 打包的 Mask 可以同时用于两个槽。
- Albedo 避免纯黑纯白，常用检查范围为 sRGB 约 30～240（Substance 指南）或线性亮度 0.01～0.90（URP 默认）；金属的 Albedo 即 F0，应当明亮；金属度基本应为 0 或 1。
- 法线贴图常见错误：Y 翻转（只在上下方向的光照下明显）、未标记 Normal Map（被 sRGB 解码而整体倾斜）、强度过高、切线空间不一致。
- 判断材质要在中性光照下进行并用工具检查数值；Rendering Debugger 提供材质属性视图与 Albedo/Metallic 校验，自写 Shader 需支持
DEBUG_DISPLAY才能参与。 - 用 Render Objects 的 Override Shader 模式可以把自定义校验 Shader 一键作用于整个场景，同时保留每个材质的属性值。
练习
- 给 PBRValidate 增加一条规则：光滑度贴图在整个物体上的方差过小（几乎是常数）时用另一种颜色提示。思考这条规则应该在 Shader 中逐像素判断，还是在 C# 工具中对贴图做统计。
- 修改
PBRTextureAudit，对“名字以_normal结尾但 Swizzle 设置了OneMinusG”的贴图给出提示，并在报告中区分“确定是错误”和“需要人工确认”两类问题。 - 为
PaintedMetalGenerator增加一层“底漆”：漆皮剥落的边缘先露出一圈浅灰色的底漆，再露出金属。底漆在 Albedo、Mask、Normal 中分别应该如何表现？ - 搭建一个 URP 的 Look-dev 场景：中性灰天空、可旋转的白色主光、中性灰参照球与铬球，并用 Volume 提供“无后处理”和“项目后处理”两种配置，用它重新检查本章的刷漆金属和砖墙材质。