WebGL压缩纹理实践

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本文将讲述压缩纹理在实际项目中的使用的案例。最近的一个项目是这样的：项目由于涉及到的建筑物特别多，大概有近40栋的建筑，而每一栋建筑物，又有10层楼，每层楼里面又有很多的设备。这就导致我们需要使用到大量的贴图。在实际的项目过程中，我们的客户的电脑会经常遇到webgl崩溃的情况。这就需要我们想办法来减少该项目下贴图显存和内存的占用。

下面是园区和楼层的部分截图，数据已脱敏：

首先我们可能会想到的是减少图片的尺寸。但是减少图片尺寸也是有限度的，因为图片尺寸太小的话，会影响我们最终的呈现效果。因此我们就需要想新的办法来减少这种资源的占用。

另外一种思路就是 不使用generateMipmap。 Mipmap会生成金字塔式的图片结果。生成Mipmap会多占有大概1/3的内存空间，因此不使用Mipmap会减少啊，大概1/3的内存空间。但是Mipmap是为了模型在缩小的时候能够有很好的呈现效果，因此不使用Mipmap呢，就会导致呈现质量的下降。

最终我们使用压缩纹理。

0x01 压缩纹理简介

相信对于webgl比较熟悉的同学都知道压缩纹理。

我们常用的的纹理图片，都是jpeg，png等图片格式。 这些图片本事是压缩的图片，基于压缩算法，对于文件进行了压缩，减小了文件的大小，这对于网络上的大量的图片的传输是有利的。

不过jpeg png的图片在作为贴图使用的时候，首先会转换成位图，这里所说的位图是指没有使用任何压缩算法的原始图片数据。以1024×1024为例，如果图像中每个像素需要RGB三个通道，每个通道需要8位空间，那么整张图片就需要使用1024 x 1024 x 8 x 3 位的信息，也就是3M，这3M的信息都需要加载到GPU当中，这和图片文件采用什么样的压缩格式没有任何关系。如果图像中每个像素需要rgba 四个通道，则是则需要4兆的GPU内存空间。

可以看出使用jpeg, png等图片格式的缺点是：

1. 图片需要解压，这会消耗CPU的性能。
2. 纹理数据占用内存较多。通常是浏览器和GPU各自保存一份位图数据。

压缩纹理正是为了解决上述的问题而出现的。通过使用压缩纹理，我们可以把像素通过压缩算法，包装成数据块，这可以减少在显存中的存储容量。 这种包装好的数据块又很方便GPU进行解压，查询。所以从性能的角度来说也提高了访问纹理的速度。

压缩文里有很多格式，比如DDS，KTX等。严格来说，DDS和kTX是一种容器而不是格式，而压缩纹理的格式是有多种。此处为了简便起见，我们就说成DDS和KTX格式，我们知道KTX有2.0的版本。而我们最终选用的也就是ktx2.0，它能够很方便的和gltf模型格式进行集成。

有关压缩纹理的更多知识，大家可以在网上搜索啊，此处不进行详细的介绍。

0x02 工作流

建模工程师给的是OBJ模型，项目最开始用的也是OBJ模型，首先我们需要把OBJ模型转换成GLTF格式。 可以使用插件obj2gltf进行转换。转换的流程大致如下：

npm install obj2gltf -g
obj2gltf -i a.obj -o a.gltf

首先通过npm安装obj2gltf。然后通过obj2gltf 进行模型的转换，其中 -i表示输入的OBJ模型。-o就是输出的gltf模型。

转换为gltf之后，通过对gltf进行压缩。其中贴图压缩的工具为一套开源的ktx工具，ktx-software，官方文档如下：
https://github.com/KhronosGroup/KTX-Software#readme

安装ktx-software之后，可以对贴图进行压缩，此处我们可以选择gltfpack（gltfpack相对比较简单，ktx-software也自带转换工具，比较复杂，但是转换的可选参数更多，能够更灵活的选择高质量还是低质量压缩纹理，有兴趣读者可以查看文档研究）。
压缩的命令大致：

gltfpack -i scene.gltf -o scene.glb --tc

其中tc是对贴图进行压缩，原文如下：gltfpack can also compress textures using Basis Universal format stored in a KTX2 container (-tc flag, requires support for KHR_texture_basisu). Textures can also be embedded into .bin/.glb output using -te flag.

0x03加载压缩贴图

贴图改成ktx2之后，在加载模型的时候需要对贴图进行解析，以threejs为例，加载ktx2需要指定KTX2Loader，KTX2Loader需要指定js文件“basis_transcoder”，所以需要指定basis_transcoder.js和basis_transcoder.wasm文件的路径，大致如下所示：

let ktx2Loader = new KTX2Loader(manager)
  .setTranscoderPath('./')
  .detectSupport(renderder)
gltfLoader.setKTX2Loader(ktx2Loader);

gltfLoader指定ktx2loader之后，就可以像加载普通gltf模型一样，加载带ktx2贴图的模型。

0x04 压缩结果对比

压缩之后，webgl程序的显存和内存占用都大幅度的降低。 整个场景的内存下降大概50%左右，效果还是很明显的。
当然降低显存，还有许多更多的手段，比如建模过程中降低模型的面数，减小贴图的尺寸，禁用mipmap，能复用的模型尽量复用等等。

结语

本文讲述了降低显存的一种手段，压缩纹理。 压缩纹理和性能优化还有更多的知识技能点，如果你有好的经验，也欢迎和我交流。关注公号“ITMan彪叔” 可以添加作者微信进行交流，及时收到更多有价值的文章。