游戏中的压缩纹理格式

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一、概要

归纳总结游戏中使用到的各种纹理压缩格式，详解各自的来源和原理。

二、图片格式和纹理格式

2.1 图片格式和纹理格式

图片格式，是图片文件的存储格式，用于图片文件的存储和传输，通常在磁盘文件，内存以及网络传输中使用。

纹理格式是显卡能够直接进行采样的纹理数据的格式，是向显卡中加载纹理时使用的数据格式。

图片格式和纹理格式的关系，就是没有关系。如果图片要传输给显卡使用，则必须转换成显卡能够识别的纹理格式，这个在游戏引擎中，会对应自动转换，也可以通过相关的代码设置显式的转换。

常见的图片格式，有 jpg, png, bmp, tga, psd, dds, Gif, 游戏中一般用png, tga两种格式，jpg由于不带透明通道，所以不常被游戏采用。 psd容易做成较大的图，所以也被摒弃。

纹理格式，其实就是针对显卡而设置的一些图片的数据格式。将图片加载为纹理的时候，需要将图片格式按照对应的规范解码，一般先解码为原始位图，然后重新编码为需要的纹理格式，当然这个过程引擎已经做好，不需要我们过多关注。

这样的过程，有一个问题，就是加压缩，解码，重新编码压缩的过程比较消耗CPU，如果在游戏总实时的执行这样的一个过程，会出现明显的卡顿掉帧。为了解决这个过程，一般在项目中，在资源导入或者打bundle的时候，会执行相关配套的纹理格式转换，最终打入游戏包或者Bundle中的是已经预先转换好的纹理格式，这样加载的时候优化了解码和转换的过程，能够提高加载速度。这也是为什么不同平台的bundle不能跨平台使用的原因之一。

2.2 移动GPU的四大厂商

目前市面上的GPU的四大厂商有：

  • Imagination Technologies的PowerVR SGX系列，代表是 Apple/iPad系列，三星部分系列
  • Qualcomm的Adreno系列， 代表作是 HTC，小米部分系列
  • ARM的Mali系列，代表作是三消的Galaxy系列
  • nVIDIA的Tegra系列，代表作是Google Nexus等

2.3 常见的纹理格式

常见的纹理格式有以下几种： R5G6B5, A4R4G4B4, A1R5G5B5, R8G8B8, A8R8G8B8, 总共四种基本纹理格式，

  • R5G6B5 每个像素占用2个字节(BYTE)
  • A4R4G4B4 每个像素占用2个字节
  • A1R5G5B5 每个像素占用2个字节
  • R8G8B8 每个像素占用3个字节
  • A8R8G8B8 每个像素占用4个字节

对于一个512 * 512大小的纹理，如果使用R5G6B5的纹理格式，其大小为512 * 512 * 2 = 512KB, 用A8R8G8B8， 就是1M，可以预见，游戏中占用容量最大将是各种纹理，很容易导致游戏安装包突破上G，为了缩小纹理格式的数据占用的内存大小，对应的压缩纹理格式产生了。注意，这不是在移动游戏出现后才产生的，早在PC端游戏时代就有压缩纹理格式。

三、压缩纹理格式

3.1 基于OpenGL ES的压缩纹理格式

代表性的压缩纹理格式有

  • ETC1（Ericsson texture compression）这种压缩纹理格式是OpenGL ES的图形标准，被所有的android设备支持，不支持透明通道，每个像素0.5个字节

  • PVRTC(PowerVR texture compression)
    支持GPU为PowerVR SGX系列，基本的压缩参数有：
    RGB_PVRTC_4Bit, RGB, 每个像素0.5个字节
    RGB_PVRTC_2Bit, RGB, 每个像素0.25个字节
    RGBA_PVRTC_4Bit, RGBA, 每个像素0.5个字节
    RGBA_PVRTC_2Bit, RGBA, 每个像素0.25个字节

  • ATITC(ATI texture compression) 支持GPU为Qualcomm的Adreno系列， 基本的压缩参数有：
    ATC_RGB_AMD, RGB， 每个像素0.5字节
    ATC_RGBA_EXPLICIT_ALPHA_AMD, RGBA， 每个像素1个字节
    ATC_RGBA_INTERPOLATED_ALPHA_AMD, RGBA, 每个像素1个字节

  • DXTC(又名S3TC，S3 texture compression) PC上广泛使用，基本的压缩参数有：
    RGB_S3TC_DXT1, RGB, 每个像素0.5个字节
    RGBA_S3TC_DXT1, RGBA， 每个像素0.5个字节
    RGBA_S3TC_DXT3, RGBA, 每个像素1个字节
    RGBA_S3TC_DXT5， RGBA，每个像素1个字节

3.2 后起的压缩纹理格式

  • ETC2
    针对ETC1不支持透明通道的改进，用ETC2可以支持透明通道，不过要求OpenGL ES3.0及以上（Android4.3+），目前基本覆盖率在9成以上
  • ASTC
    目前各大厂商主推的压缩纹理格式，压缩质量高，压缩块方案多，代价是压缩时间长（需要不断尝试压缩结果，算法决定）

3.3 各种压缩纹理格式对纹理格式图片的压缩比例

摘自网上的数据，没有具体的实测，以RGBA32的大小为1，那么各种压缩格式在存储上的大小为(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

在内存中的对比，以RGBA32为1，其余压缩纹理格式的内存占用(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 推荐使用的压缩纹理格式

目前(日本)市面上ES3.0的占比超过9成，Apple A8占比超过9成，推荐android使用ETC2， ios使用ASTC，或者PVRTC

posted @ 2019-01-23 11:45  zblade  阅读(3811)  评论(0)  编辑  收藏  举报