遊戲中的壓縮紋理格式

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1、概要

概括總結遊戲中使用到的各類紋理壓縮格式，詳解各自的來源和原理。

2、圖片格式和紋理格式

2.1 圖片格式和紋理格式

圖片格式，是圖片文件的存儲格式，用於圖片文件的存儲和傳輸，一般在磁盤文件，內存以及網絡傳輸中使用。

紋理格式是顯卡可以直接進行採樣的紋理數據的格式，是向顯卡中加載紋理時使用的數據格式。

圖片格式和紋理格式的關係，就是沒有關係。若是圖片要傳輸給顯卡使用，則必須轉換成顯卡可以識別的紋理格式，這個在遊戲引擎中，會對應自動轉換，也能夠經過相關的代碼設置顯式的轉換。

常見的圖片格式，有 jpg, png, bmp, tga, psd, dds, Gif, 遊戲中通常用png, tga兩種格式，jpg因爲不帶透明通道，因此不常被遊戲採用。 psd容易作成較大的圖，因此也被摒棄。

紋理格式，其實就是針對顯卡而設置的一些圖片的數據格式。將圖片加載爲紋理的時候，須要將圖片格式按照對應的規範解碼，通常先解碼爲原始位圖，而後從新編碼爲須要的紋理格式，固然這個過程引擎已經作好，不須要咱們過多關注。

這樣的過程，有一個問題，就是加壓縮，解碼，從新編碼壓縮的過程比較消耗CPU，若是在遊戲總實時的執行這樣的一個過程，會出現明顯的卡頓掉幀。爲了解決這個過程，通常在項目中，在資源導入或者打bundle的時候，會執行相關配套的紋理格式轉換，最終打入遊戲包或者Bundle中的是已經預先轉換好的紋理格式，這樣加載的時候優化了解碼和轉換的過程，可以提升加載速度。這也是爲何不一樣平臺的bundle不能跨平臺使用的緣由之一。

2.2 移動GPU的四大廠商

目前市面上的GPU的四大廠商有：

• Imagination Technologies的PowerVR SGX系列，表明是 Apple/iPad系列，三星部分系列
• Qualcomm的Adreno系列， 表明做是 HTC，小米部分系列
• ARM的Mali系列，表明做是三消的Galaxy系列
• nVIDIA的Tegra系列，表明做是Google Nexus等

2.3 常見的紋理格式

常見的紋理格式有如下幾種： R5G6B5, A4R4G4B4, A1R5G5B5, R8G8B8, A8R8G8B8, 總共四種基本紋理格式，

• R5G6B5 每一個像素佔用2個字節(BYTE)
• A4R4G4B4 每一個像素佔用2個字節
• A1R5G5B5 每一個像素佔用2個字節
• R8G8B8 每一個像素佔用3個字節
• A8R8G8B8 每一個像素佔用4個字節

對於一個512 * 512大小的紋理，若是使用R5G6B5的紋理格式，其大小爲512 * 512 * 2 = 512KB, 用A8R8G8B8， 就是1M，能夠預見，遊戲中佔用容量最大將是各類紋理，很容易致使遊戲安裝包突破上G，爲了縮小紋理格式的數據佔用的內存大小，對應的壓縮紋理格式產生了。注意，這不是在移動遊戲出現後才產生的，早在PC端遊戲時代就有壓縮紋理格式。

3、壓縮紋理格式

3.1 基於OpenGL ES的壓縮紋理格式

表明性的壓縮紋理格式有

• ETC1（Ericsson texture compression）這種壓縮紋理格式是OpenGL ES的圖形標準，被全部的android設備支持，不支持透明通道，每一個像素0.5個字節

• PVRTC(PowerVR texture compression)
  支持GPU爲PowerVR SGX系列，基本的壓縮參數有：
  RGB_PVRTC_4Bit, RGB, 每一個像素0.5個字節
  RGB_PVRTC_2Bit, RGB, 每一個像素0.25個字節
  RGBA_PVRTC_4Bit, RGBA, 每一個像素0.5個字節
  RGBA_PVRTC_2Bit, RGBA, 每一個像素0.25個字節

• ATITC(ATI texture compression) 支持GPU爲Qualcomm的Adreno系列， 基本的壓縮參數有：
  ATC_RGB_AMD, RGB， 每一個像素0.5字節
  ATC_RGBA_EXPLICIT_ALPHA_AMD, RGBA， 每一個像素1個字節
  ATC_RGBA_INTERPOLATED_ALPHA_AMD, RGBA, 每一個像素1個字節

• DXTC(又名S3TC，S3 texture compression) PC上普遍使用，基本的壓縮參數有：
  RGB_S3TC_DXT1, RGB, 每一個像素0.5個字節
  RGBA_S3TC_DXT1, RGBA， 每一個像素0.5個字節
  RGBA_S3TC_DXT3, RGBA, 每一個像素1個字節
  RGBA_S3TC_DXT5， RGBA，每一個像素1個字節

3.2 後起的壓縮紋理格式

• ETC2
  針對ETC1不支持透明通道的改進，用ETC2能夠支持透明通道，不過要求OpenGL ES3.0及以上（Android4.3+），目前基本覆蓋率在9成以上
• ASTC
  目前各大廠商主推的壓縮紋理格式，壓縮質量高，壓縮塊方案多，代價是壓縮時間長（須要不斷嘗試壓縮結果，算法決定）

3.3 各類壓縮紋理格式對紋理格式圖片的壓縮比例

摘自網上的數據，沒有具體的實測，以RGBA32的大小爲1，那麼各類壓縮格式在存儲上的大小爲(不含ASTC)：
RGB PVRTC 4Bits: 0.25
RGB PVRTC 2Bits: 0.13

ARGB PVRTC 4Bits: 0.25
ARGB PVRTC 2Bits: 0.13

RGBA ETC2 4Bits: 0.25
RGBA ETC2 8Bits: 0.25
RGB + 1-bit ALPHA ETC2 8Bits: 0.2

DXT1: 0.3
DXT5: 0.6

ARGB 16Bits: 0.33
ARGB 32Bits: 1
RGB 16Bits： 0.5
RGB 24Bits: 0.85

在內存中的對比，以RGBA32爲1，其他壓縮紋理格式的內存佔用(不含ASTC):
ARGB 32 Bits: 1
ARGB 16 Bits: 0.5

RGB 24 Bits: 0.8
RGB 16 Bits: 0.5

DXT1: 0.125
DXT5:0.25

RGB PVRTC 4Bits: 0.125
RGB PVRTC 2Bits: 0.0625

ARGB PVRTC 4Bits: 0.125
ARGB PVRTC 2Bits: 0.0625

RGBA ETC2 4Bits: 0.125
RGBA ETC2 8Bits: 0.25
RGB+ 1-bit ALPHA ETC2 8Bits: 0.125

3.4 推薦使用的壓縮紋理格式

目前(日本)市面上ES3.0的佔比超過9成，Apple A8佔比超過9成，推薦android使用ETC2， ios使用ASTC，或者PVRTC