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1. 项目概述：为什么我们需要白平衡节点？

在ShaderGraph里鼓捣过一阵子颜色调整的朋友，大概率都见过或者用过Color Adjustment分类下的那些节点：对比度、饱和度、色相，这些概念都比较直观。但“白平衡”（White Balance）这个节点，乍一看可能会让人有点懵——这不是摄影和后期处理里的概念吗？怎么跑到实时渲染的着色器里来了？

其实，这正是ShaderGraph强大和贴近实际美术工作流的一个体现。简单来说，白平衡节点的核心任务，就是模拟真实世界中“光源颜色”对物体固有色的影响，并允许我们对其进行校正。想象一下，你在钨丝灯（暖黄光）下看一张白纸，纸会显得偏黄；在阴天（冷蓝光）下看，纸又会偏蓝。你的大脑会自动进行“白平衡”，告诉你“这是一张白纸”。在CG渲染中，我们需要手动或自动地完成这个校正过程，以确保颜色在不同光照环境下看起来是“正确”的，或者说，是符合我们艺术预期的。

Unity的ShaderGraph提供了这个内置节点，让我们能在Shader层面，实时、动态地调整画面的色温和色调。这对于营造特定氛围（如温暖的黄昏、冷峻的月夜）、匹配不同场景的灯光，或者简单地修正因环境光设置不当导致的颜色偏差，都极其有用。它不是一个简单的颜色叠加，而是基于色彩科学模型进行的转换，理解其背后的原理，能让你从“会调参数”进阶到“懂得为何这么调”。

2. 节点接口与参数深度解析

打开ShaderGraph，找到White Balance节点，你会看到它非常简洁，只有三个输入端口和一个输出端口。但简洁的背后，每个参数都大有讲究。

2.1 核心输入端口：In，Temperature，Tint

In (Vector 3)：这是待处理的原始颜色输入。通常，我们会将主纹理的采样颜色（例如Sample Texture 2D节点的RGBA输出中的RGB部分）连接到这里。它接受一个三维向量，代表RGB颜色空间中的一个颜色。

Temperature (Float)：色温这是白平衡调整的第一个核心参数。它的命名和效果直接来源于物理学中的色温概念，单位是开尔文（K）。但在ShaderGraph的这个节点中，它是一个归一化、无单位的浮点数。

• 参数范围与效果：官方文档建议的最佳操作范围是[-1.67, 1.67]。这个范围是怎么来的？我们稍后在原理部分会揭秘。你需要记住的是：
  • 负值（-1.67 ~ 0）：为画面增加蓝色调，模拟高色温（冷光）环境，比如阴天、阴影、荧光灯。
  • 正值（0 ~ 1.67）：为画面增加黄色/红色调，模拟低色温（暖光）环境，比如日出日落、钨丝灯、烛光。
  • 值为0：不进行色温偏移。

实操心得：在实际调节时，你很少需要用到±1.67这样的极值。对于大多数自然场景的微调，[-0.5, 0.5]这个区间的变化已经非常明显和够用。直接从0开始，缓慢拖动滑块，观察画面中原本应该是白色或灰色的区域（如墙壁、衬衫），你会直观地感受到色温变化。

Tint (Float)：色调这是白平衡调整的第二个维度，用于补偿色温调整可能无法完全校正的绿色或洋红色偏。

• 参数范围与效果：同样，最佳范围是[-1.67, 1.67]。
  • 负值（-1.67 ~ 0）：为画面增加绿色调。常用于校正某些荧光灯造成的洋红色偏。
  • 正值（0 ~ 1.67）：为画面增加洋红色（粉红色）调。
  • 值为0：不进行色调偏移。

Out (Vector 3)：处理后的颜色输出。直接连接到主着色器的Base Color或相应的颜色输入上即可。

2.2 参数联动与视觉影响

Temperature和Tint并不是完全独立的。在物理上，改变光源色温时，其光谱分布变化也可能轻微影响绿-品红轴。因此，这个节点在内部计算时，两者是协同工作的。当你大幅调整Temperature后，有时会觉得颜色还是有点“怪”，这时候微调一下Tint，往往能获得更自然、更“干净”的白色。

一个常见的用法是：先用Temperature滑块确定画面整体的冷暖基调，然后再用Tint进行精细的“去杂色”处理，让中性色（白、灰）显得更纯粹。

3. 背后的色彩科学：从RGB到LMS

如果只是调调参数，那这部分可以跳过。但如果你想真正驾驭这个节点，甚至未来自己魔改或实现类似功能，理解其原理至关重要。Unity官方在节点描述里隐藏了生成的代码，这段代码正是关键。

白平衡的核心思想是：将颜色从设备相关的RGB空间，转换到与人类视觉锥体细胞响应更相关的色彩空间（通常是LMS空间）进行校正，然后再转换回RGB空间。

1. 什么是LMS空间？LMS代表人类视网膜上三种锥体细胞对不同波长光的敏感度：长波（L， 对红色敏感）、中波（M， 对绿色敏感）、短波（S， 对蓝色敏感）。这是一个基于人眼生理特性的色彩空间。在白平衡计算中，使用LMS空间比直接在RGB空间做乘法更符合视觉感知，能产生更物理正确的结果。

2. 节点的计算步骤拆解：我们结合官方提供的Unity_WhiteBalance_float函数来一步步看：

步骤一：参数预处理

float t1 = Temperature * 10 / 6; float t2 = Tint * 10 / 6;

这里将用户输入的[-1.67, 1.67]范围内的参数，映射到了大约[-2.78, 2.78]的范围。这个缩放因子（10/6）很可能是为了适配后续色度坐标计算的敏感度而经验设定的。

步骤二：计算目标白点的色度坐标（xy）

float x = 0.31271 - t1 * (t1 < 0 ? 0.1 : 0.05); float standardIlluminantY = 2.87 * x - 3 * x * x - 0.27509507; float y = standardIlluminantY + t2 * 0.05;

这是算法的精髓所在。

• 0.31271是标准光源D65（近似平均日光）在CIE xy色度图上的x坐标。D65是许多色彩标准（如sRGB）的基准白点。
• 根据t1（处理后的色温）的正负，以不同的斜率（0.1或0.05）调整x坐标。这模拟了色温变化时，白点在色度图上沿黑体辐射轨迹的移动。暖光（正t1）x减小（向红色区域），冷光（负t1）x增大（向蓝色区域）。
• standardIlluminantY是通过一个二次多项式从x计算出的对应y坐标，这个多项式描述了黑体轨迹。
• 最后，用t2（处理后的色调）在y方向上进行微调，模拟绿-品红偏移。

通过这几行代码，我们得到了一个目标白点的xy色度坐标(x, y)。

步骤三：将目标白点转换到LMS空间

float Y = 1; // 假设亮度为1 float X = Y * x / y; float Z = Y * (1 - x - y) / y; float L = 0.7328 * X + 0.4296 * Y - 0.1624 * Z; float M = -0.7036 * X + 1.6975 * Y + 0.0061 * Z; float S = 0.0030 * X + 0.0136 * Y + 0.9834 * Z; float3 w2 = float3(L, M, S);

这里先将xyY色度坐标转换为CIE XYZ色彩空间，然后再通过一个转换矩阵CIEXYZToLMS（矩阵系数为0.7328, 0.4296等）得到目标白点在LMS空间的值w2。 同时，定义了一个参考白点w1 = float3(0.949237, 1.03542, 1.08728)，这就是D65白点在LMS空间中的值。

步骤四：计算平衡系数并应用

float3 balance = float3(w1.x / w2.x, w1.y / w2.y, w1.z / w2.z);

计算平衡系数balance。这个系数是关键！它的意义是：为了将“目标白点w2”校正回“参考白点w1”，需要在LMS空间的三个通道上分别乘以的系数。如果目标白点偏黄（L、M相对较高），那么balance的B通道值就会大于1，以增强蓝色来抵消黄色。

步骤五：颜色空间转换与校正

float3x3 LIN_2_LMS_MAT = { ... }; // 线性RGB 转 LMS 矩阵 float3x3 LMS_2_LIN_MAT = { ... }; // LMS 转 线性RGB 矩阵 float3 lms = mul(LIN_2_LMS_MAT, In); // 1. 输入颜色转LMS lms *= balance; // 2. 在LMS空间应用白平衡系数 Out = mul(LMS_2_LIN_MAT, lms); // 3. 转回线性RGB

1. 将输入的线性RGB颜色In，通过矩阵LIN_2_LMS_MAT转换到LMS空间。
2. 在LMS空间，将每个通道乘以对应的balance系数。这一步直接完成了基于人眼感知的颜色校正。
3. 将校正后的LMS颜色，通过逆矩阵LMS_2_LIN_MAT转换回线性RGB空间并输出。

整个过程可以概括为：RGB -> LMS -> (平衡校正) -> LMS -> RGB。这个流程确保了校正过程符合人眼视觉特性，而不仅仅是简单的颜色滤镜。

4. 在ShaderGraph中的实战应用与技巧

理解了原理，我们来看看怎么在项目中用好它。白平衡节点通常不单独使用，而是作为颜色处理管线中的一环。

4.1 基础连接与场景氛围塑造

最直接的用法，是将它连在纹理采样之后，Fragment着色阶段之前。

[Texture Property] -> [Sample Texture 2D] (RGB) -> [White Balance Node] -> [Base Color]

通过一个Vector1类型的属性（或通过脚本控制）来驱动Temperature和Tint参数，你就能轻松实现：

• 昼夜循环：白天使用偏冷的色温（如-0.3），黄昏使用暖色温（如0.7）。
• 室内外差异：室内钨丝灯用暖黄（0.5），室外阴天用冷蓝（-0.4）。
• 特殊效果：恐怖场景可以施加轻微的绿色调（Tint为负），梦幻场景可以施加粉色调（Tint为正）。

4.2 高级用法：与后处理栈配合

虽然节点可用于物体单独着色，但其威力更体现在屏幕后处理（Post-processing）中。你可以创建一个全屏后处理Shader Graph，使用Scene Color节点作为In的输入，对整个画面进行白平衡调整。

技巧：基于画面内容的自动白平衡模拟完全自动的白平衡算法很复杂，但我们可以模拟一个简化版。思路是：假设画面中央或高亮区域应该是中性色（灰白色）。

1. 使用Scene Color采样屏幕纹理。
2. 使用一个Blur节点对特定区域（如中心一小块）进行模糊，得到区域的平均颜色。
3. 将这个平均颜色的RGB分量转换到某种亮度-色度空间（如简化版的RGB to YCbCr），分析其色度（Cb, Cr）偏离中性值（0.5 for某些范围）的程度。
4. 将这个偏离程度，映射为Temperature和Tint的调整值，反馈给白平衡节点。

这样，当镜头对准一个蓝色物体时，Shader会认为画面偏蓝，并自动增加黄色来补偿，虽然不一定完全准确，但能实现动态的、基于内容的色彩调整效果。

4.3 性能考量与参数优化

白平衡节点涉及两次3x3矩阵乘法（RGB<->LMS转换）和一些标量计算，属于中等开销的操作。在移动端或对大量物体使用时需注意：

• 避免每帧动态剧烈变化：除非必要，否则将Temperature和Tint设置为静态值或缓慢插值。
• 精度选择：在Shader Graph节点设置中，可以考虑将精度（Precision）从Float改为Half，对于颜色计算，半精度在大多数情况下已经足够，能提升性能。
• 后处理优于逐物体：如果需要对整个场景调色，强烈建议使用后处理方案。一个全屏Pass应用一次白平衡，远比每个物体单独计算要高效。

5. 常见问题排查与效果调试指南

在实际使用中，你可能会遇到一些困惑或效果不如预期的情况。

5.1 为什么调整参数感觉没效果或效果不对？

可能原因1：颜色空间不正确。白平衡节点必须在线性颜色空间（Linear Color Space）下工作才能得到正确结果。请确保：

• Player Settings -> Player -> Other Settings -> Color Space 设置为Linear。
• 如果你在使用Gamma空间，节点的计算将基于错误的颜色响应曲线，导致校正失效或产生奇怪的颜色。

可能原因2：输入颜色值异常。检查连接到In端口的颜色值。确保其范围大致在[0, 1]的合理区间。如果输入是HDR颜色（值远大于1），白平衡系数的乘法可能会产生非常夸张的结果。可以考虑先对HDR颜色进行色调映射（Tone Mapping）或压缩，再进行白平衡调整。

可能原因3：参数超出合理范围。虽然节点允许输入任意浮点数，但官方建议的[-1.67, 1.67]是最佳范围。超出此范围，内部计算的色度坐标(x, y)可能变得无效（如y为负或x+y>1），导致后续计算出现NaN或不可预测的颜色。始终将参数控制在这个范围内。

5.2 如何获得“参考白”？

这是白平衡调试的核心技巧。在场景中放置一个纯白色或中性灰色的物体（例如，一个Unlit材质、颜色为(0.9, 0.9, 0.9)的球体），作为你的“白卡”。

1. 将白平衡节点的参数归零。
2. 在目标光照下观察这个“白卡”在游戏视图中的颜色。
3. 调节Temperature和Tint，直到这个“白卡”在屏幕上显示为你想要的、纯净的白色或灰色。
4. 此时，白平衡参数就是针对当前光照环境的校正值。你可以将这个值应用到整个场景的后处理或相关材质上。

5.3 白平衡与Color Lookup（LUT）的区别

这是另一个常见困惑。两者都用于调色，但有本质区别：

• 白平衡节点：基于物理模型进行色彩校正。目标是让颜色在不同光照下“还原”或“匹配”到标准观察状态。它是全局性的、算法驱动的调整。
• Color Lookup (LUT)：是一种色彩分级工具。它通过一个预制的颜色映射表，将输入颜色替换为输出颜色，以实现特定的艺术风格（如电影感、复古、赛博朋克）。它是整体性的、艺术驱动的映射。

通常，工作流是：先使用白平衡进行色彩校正（让颜色看起来“正确”），然后再使用LUT或其它工具进行色彩分级（让颜色看起来“好看”或“有风格”）。

5.4 参数动画与平滑过渡

如果你需要通过脚本动态控制白平衡（例如，从室内走到室外），直接每帧设置新的Temperature值可能会导致颜色跳跃。建议使用插值方法进行平滑过渡：

// C# 脚本示例 public float targetTemperature = 0.0f; public float currentTemperature = 0.0f; public float transitionSpeed = 2.0f; void Update() { currentTemperature = Mathf.Lerp(currentTemperature, targetTemperature, Time.deltaTime * transitionSpeed); // 将 currentTemperature 传递给Shader }

在Shader中，使用这个平滑变化的值来驱动节点参数，可以获得非常自然的色温过渡效果。

掌握白平衡节点，意味着你掌握了在实时渲染中控制画面“光色”基础的一把钥匙。它连接了物理光学、色彩科学与艺术表现，是ShaderGraph工具链中一个兼具实用性和深度的模块。下次当你想让场景的灯光感觉更真实，或者想快速统一不同光源下的色调时，不妨优先考虑一下这个强大的节点。