OpenGL ES 壓縮紋理

VE視訊引擎發表於2021-07-05

什麼是壓縮紋理

在實際應用特別是遊戲中紋理佔用了相當大的包體積，而且GPU無法直接解碼目前流行的圖片格式，圖片必須轉換為RGB等型別的格式才能上傳到GPU記憶體，這顯然增加了GPU記憶體的佔用。為了處理這些問題於是出現了GPU支援的壓縮紋理格式，在GPU中進行解碼。壓縮紋理屬於有失真壓縮，更在意解碼速度，而編碼在程式執行之前，因此速度較慢。

壓縮紋理的常見格式

基於OpenGL ES的壓縮紋理有常見的如下幾種實現：
1）ETC1（Ericsson texture compression)
2）ETC2（Ericsson texture compression)
3）PVRTC (PowerVR texture compression)
4）ATITC (ATI texture compression)
5）S3TC (S3 texture compression)

ETC1

ETC1格式是OpenGL ES圖形標準的一部分，並且被所有的Android裝置所支援。
副檔名為: GL_OES_compressed_ETC1_RGB8_texture，不支援透明通道，所以僅能用於不透明紋理。
且要求大小是2次冪。
當載入壓縮紋理時，引數支援如下格式： GL_ETC1_RGB8_OES(RGB，每個畫素0.5個位元組)

ETC2

ETC2 是 ETC1 的擴充套件，壓縮比率一樣，但壓縮質量更高，而且支援透明通道，能完整儲存 RGBA 資訊。ETC2 需要 OpenGL ES 3.0（對應 WebGL 2.0）環境，目前還有不少低端 Android 手機不相容，iOS 方面從 iPhone5S 開始都支援 OpenGL ES 3.0。ETC2 和 ETC1 一樣，長寬可以不相等，但要求是 2 的冪次方。

PVRTC

支援的GPU為Imagination Technologies的PowerVR SGX系列。
OpenGL ES的副檔名為: GL_IMG_texture_compression_pvrtc。
當載入壓縮紋理時，引數支援如下幾種格式： GL_COMPRESSED_RGB_PVRTC_4BPPV1_IMG (RGB，每個畫素0.5個位元組) GL_COMPRESSED_RGB_PVRTC_2BPPV1_IMG (RGB，每個畫素0.25個位元組) GL_COMPRESSED_RGBA_PVRTC_4BPPV1_IMG (RGBA，每個畫素0.5個位元組) GL_COMPRESSED_RGBA_PVRTC_2BPPV1_IMG (RGBA，每個畫素0.25個位元組)

ATITC

支援的GPU為Qualcomm的Adreno系列。
支援的OpenGL ES副檔名為: GL_ATI_texture_compression_atitc。
當載入壓縮紋理時，引數支援如下型別的紋理： GL_ATC_RGB_AMD (RGB，每個畫素0.5個位元組) GL_ATC_RGBA_EXPLICIT_ALPHA_AMD (RGBA，每個畫素1個位元組) GL_ATC_RGBA_INTERPOLATED_ALPHA_AMD (RGBA，每個畫素1個位元組)

S3TC

也被稱為DXTC，在PC上廣泛被使用，但是在移動裝置上還是屬於新鮮事物。支援的GPU為NVIDIA Tegra系列。
OpenGL ES副檔名為:
GL_EXT_texture_compression_dxt1和GL_EXT_texture_compression_s3tc。
當載入壓縮紋理時，引數有如下幾種格式： GL_COMPRESSED_RGB_S3TC_DXT1 (RGB，每個畫素0.5個位元組) GL_COMPRESSED_RGBA_S3TC_DXT1 (RGBA，每個畫素0.5個位元組) GL_COMPRESSED_RGBA_S3TC_DXT3 (RGBA，每個畫素1個位元組) GL_COMPRESSED_RGBA_S3TC_DXT5 (RGBA，每個畫素1個位元組)

壓縮紋理相關API的使用

1） 獲得GPU的型號

glGetString(GL_RENDERER)

2） 獲得GPU的生產廠商

glGetString(GL_VENDOR);

3） 獲取GPU支援哪些壓縮紋理

string extensions = (const char*)glGetString(GL_EXTENSIONS);

4）判斷是否支援ETC1格式的壓縮紋理

return (extensions.find("GL_OES_compressed_ETC1_RGB8_texture")!= string::npos);

5） 判斷是否支援DXT格式的壓縮紋理

return (extensions.find("GL_EXT_texture_compression_dxt1")!= string::npos ||
    extensions.find("GL_EXT_texture_compression_s3tc")!= string::npos);

6）判斷是否支援PVRTC格式的壓縮紋理

return (extensions.find("GL_IMG_texture_compression_pvrtc")!= string::npos);

7）判斷是否支援ATITC格式的壓縮紋理

return (extensions.find("GL_AMD_compressed_ATC_texture")!= string::npos ||
    extensions.find("GL_ATI_texture_compression_atitc")!= string::npos);

8） 上傳壓縮紋理資料

void glCompressedTexImage2D(
        GLenum target,
        GLint level,
        GLenum internalformat,
        GLsizei width,
        GLsizei height,
        GLint border,
        GLsizei imageSize,
        const GLvoid * data);

internalformat即是壓縮紋理格式的型別。
9）檢視裝置支援的texture壓縮格式，可以使用如下程式碼獲取：

int num_formats;
glGetIntegerv(GL_NUM_COMPRESSED_TEXTURE_FORMATS, &num_formats);
std::cout<<"Texture extensions: "<<num_formats<<std::endl;

int *formats = (int*)alloca(num_formats * sizeof(int));
glGetIntegerv(GL_COMPRESSED_TEXTURE_FORMATS, formats);
for(int i=0; i<num_formats; i++)
{
    std::cout<<i<<" 0x"<<hex<<formats[i]<<dec<<std::endl;
} 

//注意使用PVRTC格式紋理時，紋理的filter mode不能設定為 GL_LINEAR_MIPMAP_LINEAR, 
//否則的話載入出來的畫線顯示黑色, 這裡有提到。

10）glTexImage中指定壓縮格式可以對上傳的紋理進行壓縮以改善記憶體使用，通過設定intenalFormat為表中一個值實現。通過這種方式進行影像壓縮增加了紋理載入的開銷，但卻能夠通過更有效地使用紋理儲存空間來增加紋理效能，如果由於某些原因無法對紋理進行壓縮，OpenGL就會使用下表中所列出的基本內部格式，並載入未經壓縮的紋理。

GL_COMPRESSED_RGB : GL_RGB
GL_COMPRESSED_RGBA : GL_RGBA
GL_COMPRESSED_SRGB : GL_SRGB
GL_COMPRESSED_SRGB_ALPHA : GL_RGBA
GL_COMPRESSED_RED : GL_RED
GL_COMPRESSED_RG : GL_RG

除了這些壓縮格式外，OpenGL中還加入了一些特定的壓縮格式，即GL_COMPRESSED_SIGNED_RED_RGTC1，GL_COMPRESSED_SIGNED_RED_RGTC2，和GL_COMPRESSED_SIGNED_RG_RGTC2，它們用於各種單顏色通道和雙顏色通道壓縮紋理，他們代替了相容版本中GL_LUMINANCE和GL_LUMINANCE_ALPHA的功能
11）判斷紋理是否被成功壓縮

GLint comFlag; 
glGetTexLevelParameteriv(GL_TEXTURE_2D,0,GL_TEXTURE_COMPRESSED,&comFlag);

glGetTexLevelParameteriv第三引數支援的有：

GL_TEXTURE_COMPRESSED：如果紋理被壓縮返回1，否則返回0
GL_TEXTURE_COMPRESSED_IMAGE_SIZE：獲取壓縮後的紋理大小（以位元組為單位）
GL_TEXTURE_INTERNAL_FORMAT：所使用的壓縮格式
GL_NUM_COMPRESSED_TEXTURE_FORMATS：支援的壓縮紋理格式數量
GL_COMPRESSED_TEXTURE_FORMATS：支援的壓縮紋理格式陣列
GL_TEXTURE_COMPRESSION_HINT: 選擇壓縮格式的方式

11）指定選擇壓縮格式的方式

glHint(GL_TEXTURE_COMPRESSION_HINT,GL_FASTEST); //最快
glHint(GL_TEXTURE_COMPRESSION_HINT,GL_NICEST);  //質量最好
glHint(GL_TEXTURE_COMPRESSION_HINT,GL_DONT_CARE); //自行選擇

壓縮紋理工具

每種壓縮紋理以及相應的廠商都提供了壓縮紋理的工具，包括視覺化工具和命令列工具，可自行下載
1）Imagination Technologies PowerVR
PVETextTool
2）Qualcomm Adreno
Adreno Texture Tool
3）ARM Mali
Mail Texture Compression Tool
4）nVIDIA Tegra
DirectX Texture Tool

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