紋理壓縮

有損壓縮：是指對圖像的壓縮過程中，算法丟失一部分圖像信息，降低了圖像的質(zhì)量，并且這種損失是不可逆的。有損壓縮可以減少圖像在內(nèi)存和磁盤中占用的空間。使用有損壓縮的圖片如果在屏幕上顯示，可能肉眼看起來影響不大，但如果用高分辨率打印機(jī)打印出來，那么圖像質(zhì)量就會有明顯的受損痕跡

無損壓縮：是指對圖像的壓縮過程中，不丟失圖片原本的信息，任何時(shí)候都可以從無損壓縮過的圖片中恢復(fù)出原本的信息；無損壓縮雖然能減小圖像占用磁盤的大小，但不能減少圖像占用的內(nèi)存空間，因?yàn)閷?shí)際的顯示過程中，看圖軟件會先把圖片還原成原本的信息。無損壓縮能較好的保存圖片質(zhì)量，但壓縮率較低

索引色和直接色

索引色：用一個(gè)數(shù)組來代表一種顏色，在存儲圖像的時(shí)候，存儲一個(gè)數(shù)字的組合，同時(shí)存儲數(shù)字到圖像顏色的映射。這種方式只能存儲有限種顏色，通常的用法是256種顏色

直接色：使用四個(gè)數(shù)字來代表一種顏色，這四個(gè)數(shù)字分別代表顏色中的紅色R、綠色G、藍(lán)色B以及透明度A。所以直接色可以表示2^32種顏色。當(dāng)然，并非所有的直接色都直接這么多種變化，為壓縮空間，可能有多種設(shè)定

點(diǎn)陣圖和矢量圖

點(diǎn)陣圖：也叫位圖，象素圖。構(gòu)成點(diǎn)陣圖的最小單位是像素，位圖就是由像素點(diǎn)陣列的排列來實(shí)現(xiàn)其顯示效果。點(diǎn)陣圖縮放會失真

矢量圖：也叫做向量圖。矢量圖并不記錄畫面上每一點(diǎn)的信息，而是記錄元素的形狀以及顏色的算法，當(dāng)你打開一副矢量圖的時(shí)候，軟件對圖像對應(yīng)的函數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，將運(yùn)算結(jié)果顯示給你看，無論顯示畫面是大還是小，畫面對應(yīng)的算法是不變的，所以對畫面進(jìn)行倍數(shù)相當(dāng)大的縮放，其顯示效果仍然相同(不失真)

不同圖片格式的特性

介紹了這些，那么我們來看看我們經(jīng)常見到的圖片的一些特性

JPEG 有損，直接色，點(diǎn)陣圖 ；BMP 無損，直接色，點(diǎn)陣圖；PNG-8 無損，索引色，點(diǎn)陣圖；PNG-24 無損，直接色，點(diǎn)陣圖

為什么png還有多種樣式？那是因?yàn)镻NG算法在把圖像轉(zhuǎn)化成圖片的時(shí)候有很多參數(shù)和方式可以選擇，這些參數(shù)和方式就決定了圖像的壓縮和成像品質(zhì)

為什么需要紋理壓縮？

Android平臺默認(rèn)支持格式：JPEG、PNG、GIF、BMP 和 WebP

iOS平臺默認(rèn)支持格式：JPEG、JPEG2000、PNG、GIF、BMP、ICO、TIFF、PICT、APNG、SVG、RAW

既然Android和iOS支持這么多圖片格式，那么游戲中為什么沒有”直接”使用JPEG或者PNG這兩種都支持格式呢?下面進(jìn)行下原因的分析

常見的圖片文件格式，比如PNG，JPG，BMP等，是圖像為了存儲信息而使用的對信息的特殊編碼方式。它存儲在磁盤中，或者內(nèi)存中，但是并不能被GPU所識別。這些文件格式當(dāng)被讀入后，還是需要經(jīng)過CPU解壓成bitmap，再傳送到GPU端進(jìn)行使用。

1 JPEG不支持透明度

一般在游戲中，有很多透明物件，而JPEG不支持透明度，所以沒法使用

2 PNG不支持隨機(jī)讀取像素

PNG格式支持透明度，但是因?yàn)镻NG的壓縮算法是根據(jù)圖片整體進(jìn)行壓縮(比如采用霍夫曼編碼)，像素和像素之間存在依賴關(guān)系，無法直接實(shí)現(xiàn)單個(gè)像素級別的解析，這就沒辦法發(fā)揮顯卡的優(yōu)勢

間接尋址

上圖為間接尋址模式中獲取顏色數(shù)據(jù)的過程：GPU首先請求加載索引數(shù)據(jù)14；一旦有了索引數(shù)據(jù)就可以立即加載實(shí)際顏色值，來回四次最終得到顏色值。索引數(shù)據(jù)可能為FIFO緩沖區(qū)引入了性能隱患，芯片端保存顏色表的代價(jià)也十分大，顏色表可能和紋理緩存占的空間接近；所以最好避免使用顏色表這些全局?jǐn)?shù)據(jù)。

3 無法減小顯存占用

無論是JPEG或者PNG 的圖片最終在顯卡解碼之后，都是RGBA紋理，(寬*高*4)無法減小顯存的占用(256×256像素的圖片，雖然文件格式、磁盤占用、內(nèi)存占用大小不一樣，但都是占用256Kb的顯存空間，性能消耗大)

jpeg和png圖片，從文件加載的時(shí)候都必須先在cpu先解碼成原始的RGB(A)格式的數(shù)據(jù)

紋理壓縮之后占用顯存減少，一種比較簡單的統(tǒng)計(jì)方案。你直接查看紋理壓縮文件的大小就好了，比如紋理壓縮文件是170k，那顯存占用也是170k

紋理格式需求

正是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的圖片并沒有考慮顯卡的這種特性，所以很難滿足三維應(yīng)用中的要求，要滿足顯卡能使用的紋理格式，應(yīng)該具有以下特點(diǎn)：

1 解析速度

在紋理操作中，讀取紋理數(shù)據(jù)是關(guān)鍵步驟，所以解碼速度至關(guān)重要，這一點(diǎn)是最應(yīng)該考慮的

2 隨機(jī)讀取數(shù)據(jù)

能快速的隨機(jī)讀取任意像素，因?yàn)轱@卡中很多操作都是針對單個(gè)像素執(zhí)行的，所以這一點(diǎn)也很重要

3 壓縮率和紋理質(zhì)量

既要保證一個(gè)不錯(cuò)的壓縮效果，也要把紋理損失控制在一定范圍內(nèi)

4 壓縮速度

通常紋理壓縮在渲染前已經(jīng)提前準(zhǔn)備好，所以如果壓縮的速度比解析速度慢，也是可以接受的。

說明：Unity在導(dǎo)入圖片后，編輯器會卡住彈出一個(gè)進(jìn)度條窗口，就是使用原圖進(jìn)行紋理壓縮然后生成新的圖片文件的過程。生成的文件的位置,你可以根據(jù)導(dǎo)入圖片對應(yīng)的.meta文件內(nèi)的guid,去項(xiàng)目中的Library文件夾中查找，Unity打包圖片的Assetbundle其實(shí)是根據(jù)這個(gè)文件來打包的，這已經(jīng)不是你導(dǎo)入的那張?jiān)瓐D

紋理壓縮技術(shù)

紋理壓縮不同于其他圖片壓縮方式(jpg,png)，在使用中，不會在CPU中進(jìn)行解壓縮，而是直接把壓縮內(nèi)容傳給GPU，而且在GPU中也不會一次把整張圖片進(jìn)行解壓縮，只會在需要采樣特定區(qū)域的紋理時(shí)對這一區(qū)域的紋理進(jìn)行解壓縮。

紋理壓縮格式

為了滿足以上4點(diǎn)，圖形工程師開發(fā)了很多種紋理壓縮格式，目前移動(dòng)設(shè)備主流的紋理壓縮格式有PVRTC、ETC/ETC2、ASTC，當(dāng)然，還有其他的類型（比如：RGBA32、RGBA16、Alpha8等有興趣的可以去了解下）

紋理壓縮格式不需要CPU解碼

ETC/ETC2紋理壓縮格式

說到ETC ，就要說到OpenGL ES，OpenGL ES 是 OpenGL 三維圖形 API 的子集，針對手機(jī)、平板和游戲主機(jī)等嵌入式設(shè)備而設(shè)計(jì). OpenGL ES2 支持ETC 格式，所以我們可以在支持OpenGL ES2的顯卡的設(shè)備上使用ETC這種紋理壓縮格式；而ETC2 則需要OpenGL ES3才能支持，而OpenGL ES3已經(jīng)發(fā)布了三四年，所以現(xiàn)在市面上的顯卡都支持，也就是說，現(xiàn)在市面上的移動(dòng)設(shè)備都支持ETC2這種紋理壓縮格式了，可以放心使用了；

ETC不支持透明通道，所以以前很多項(xiàng)目的做法是用2張紋理來保存一張圖片。ETC+Alpha8的組合形式，然后用自定義Shader合并。不過現(xiàn)在基本淘汰，可以直接使用ETC2代替。

Alpha壓縮率適用機(jī)型

ETC1N6:1OpenGLES 2.0支持幾乎所有市面上的Android機(jī)，所有iPhone

ETC2Y6:1OpenGLES3.0支持大部分高端Android機(jī)，iPhone 5S及以上

PVRTC紋理壓縮格式

iPhone的圖形芯片（PowerVR MBX）對 PVRTC 的壓縮提供硬件支持，Apple推薦在開發(fā)iPhone應(yīng)用程序時(shí)使用 PVRTC 壓縮紋理格式。而且，根據(jù)圖像成圖質(zhì)量以及占用內(nèi)存等，有多種格式可選擇(pvtrc_rgba2,pvrtc_rbga4等);缺點(diǎn)是需要圖片的長寬相等而且為2的冪次方(針對這種情況，可以考慮把圖片打包在一張2的冪次方圖集內(nèi)）

支持的Android機(jī)型需要GPU為 PowerVR系列

總結(jié)

在實(shí)際游戲引擎內(nèi)(以Unity為例)，圖片顯示流程大概是：原圖 —> 紋理壓縮(ETC/ETC2等)—>OpenGL ES3—>顯卡—>游戲內(nèi)顯示；

而一張圖片在游戲引擎中運(yùn)行時(shí)占用的顯存大小，與這種圖片本身占用磁盤大小無關(guān)，只和圖片的寬和高相關(guān)；

圖片導(dǎo)入到Unity引擎中，之所以很慢，是因?yàn)樵谶M(jìn)行紋理壓縮編碼生成新的文件，這一步很耗時(shí)間；

AssetBundle打包圖片，不是打包原圖，而是針對你對圖片設(shè)置的紋理壓縮格式而生成的新的文件打包，所以ab文件的大小也和原圖本身占用磁盤大小無關(guān)；

AssetBundle文件的大小與加載成正比關(guān)系，同時(shí)，紋理壓縮格式的解碼時(shí)間也有差異(差異不是很大)

平臺的最佳紋理壓縮格式是:astc_rgba_4x4 它兼顧了成像質(zhì)量,內(nèi)存占用，ab大小，解碼時(shí)間，跨平臺等因素