導語

最近一段時間AR技術(shù)成為了時下熱門，越來越多的應用開發(fā)者投身到這些技術(shù)中來。應用中出現(xiàn)了3D的AR場景，圖形學也成為了必備的技術(shù)基礎(chǔ)。在開發(fā)過程中，往往為了追求更好的效果而使用了更加高清的素材，使得本就內(nèi)存吃緊的手機面對更加嚴峻的挑戰(zhàn)，尤其是對iOS開發(fā)者而言。 為了解決這個問題，我們使用了紋理壓縮技術(shù)。使用這個技術(shù)可以大幅度的降低APP的內(nèi)存(共享顯存)占用，從而在有限的內(nèi)存限制下，使用更豐富的素材。

1 前言

最近一段時間AR技術(shù)成為了時下熱門，越來越多的應用開發(fā)者投身到這些技術(shù)中來。應用中出現(xiàn)了3D的AR場景，圖形學也成為了必備的技術(shù)基礎(chǔ)。在開發(fā)過程中，往往為了追求更好的效果而使用了更加高清的素材，使得本就內(nèi)存吃緊的手機面對更加嚴峻的挑戰(zhàn)，尤其是對iOS開發(fā)者而言。

為了解決這個問題，我們使用了紋理壓縮技術(shù)。使用這個技術(shù)可以大幅度的降低APP的內(nèi)存(共享顯存)占用，從而在有限的內(nèi)存限制下，使用更豐富的素材。

2 什么是紋理壓縮

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。

這些文件格式當被讀入后，還是需要經(jīng)過CPU解壓成bitmap，再傳送到GPU端進行使用。

紋理格式是能被GPU所識別的像素格式，能被快速尋址并采樣。壓縮紋理，是一種GPU能直接讀取并顯示的格式，使得圖像無需解壓即可進行渲染，節(jié)約大量的內(nèi)存。

3 常見的壓縮紋理格式

3.1 DXT

DXT紋理壓縮格式來源于S3(Silicon & Software Systems)公司提出的S3TC(S3 Texture Compression)，基本思想是把4x4的像素塊壓縮成一個64或128位的數(shù)據(jù)塊，是有損壓縮方式。DXT1-DXT5是S3TC算法的五種變化，用于各種Windows設(shè)備。

壓縮率：DXT1，DXT4，DXT5為4:1，DXT2、DXT3為2:1

主要支持Windows平臺及Tegra系列的GPU的Android手機

支持GPU：

3.2 ETC

Ericsson Texture Compression，是由 Khronos 支持的開放標準，在移動平臺中廣泛采用。它是一種為感知質(zhì)量設(shè)計的有損算法，其依據(jù)是人眼對亮度改變的反應要高于色度改變。類似于DXT，ETC也是把4x4的像素塊壓縮成一個64或128位的數(shù)據(jù)塊，也是有損壓縮。

這個系列，可以說是適用機型最廣的格式。

ETC1支持幾乎所有市面上的Android機，所有iPhone

ETC2支持大部分高端Android機，iPhone 5S及以上

3.3 PVRTC

PowerVR Texture Compression，PVRTC格式與基于塊的壓縮格式，比如S3TC、ETC的不同之處是，它使用2張雙線性放大的低分辨率圖，根據(jù)精度和每個像素的權(quán)重，融合到一起來呈現(xiàn)紋理，并且2-bpp和4-bpp都支持ARGB數(shù)據(jù)。PVRTC格式壓縮比較高，也是有損壓縮。

這個系列，是iPhone支持最廣的格式

只支持長寬相等且為2的冪次方的紋理

支持部分Android機(GPU：PowerVR系列)，iPhone全系列機型

支持的GPU

3.4 ASTC

ASTC(Adaptive Scalable Texture Compression，自適應擴展紋理壓縮)，這是ARM提出的，去年被Khronos組織認可，納入到標準中來，不過并不是強制性的

有多種壓縮方式可選，具有不同的壓縮率

這個系列，可以說是綜合性能和使用便捷性最好的系列。

支持部分高端Android機型，iPhone6及以上機型

4 主要優(yōu)缺點

在幾乎不損害圖片質(zhì)量和顯示性能的情況下，大幅度降低內(nèi)存(顯存)開銷，紋理壓縮就是這樣的一個技術(shù)。

不過，任何的技術(shù)都有其適用范圍和優(yōu)缺點，需要仔細評估再決定。

4.1 主要優(yōu)點

占用內(nèi)存(顯存)大幅度降低

無額外性能開銷

使用方便，只需少量代碼

4.2 主要缺點

硬件相關(guān)，要考慮兼容性

壓縮紋理文件大小比常規(guī)PNG和JPG文件大

需要額外的制作工具，無法直接在移動端生成

5 如何使用壓縮紋理

5.1 保存格式

壓縮紋理是圖片數(shù)據(jù)的一種編碼方式，我們還缺少一個容器去承載。就像MP4文件是H264的視頻的容器一樣。

我們選擇了使用KTX的格式。

KTX是一個為OpenGL和OpenGLES程序設(shè)計的紋理存儲格式。它可以簡單的辨別里面所存儲的紋理格式和其他相關(guān)信息。

5.2 文件結(jié)構(gòu)

Byte[12] identifier 
UInt32 endianness 
UInt32 glType 
UInt32 glTypeSize 
UInt32 glFormat 
Uint32 glInternalFormat 
Uint32 glBaseInternalFormat 
UInt32 pixelWidth 
UInt32 pixelHeight 
UInt32 pixelDepth 
UInt32 numberOfArrayElements 
UInt32 numberOfFaces 
UInt32 numberOfMipmapLevels 
UInt32 bytesOfKeyValueData 
 
for each keyValuePair that fits in bytesOfKeyValueData 
    UInt32   keyAndValueByteSize 
    Byte     keyAndValue[keyAndValueByteSize] 
    Byte     valuePadding[3 - ((keyAndValueByteSize + 3) % 4)] 
end 
 
for each mipmap_level in numberOfMipmapLevels* 
    UInt32 imageSize;  
    for each array_element in numberOfArrayElements* 
       for each face in numberOfFaces 
           for each z_slice in pixelDepth* 
               for each row or row_of_blocks in pixelHeight* 
                   for each pixel or block_of_pixels in pixelWidth 
                       Byte data[format-specific-number-of-bytes]** 
                   end 
end 
           end 
           Byte cubePadding[0-3] 
       end 
    end 
    Byte mipPadding[3 - ((imageSize + 3) % 4)] 
end 

5.3 使用KTX格式

typedef struct __attribute__((packed)) 
{ 
    uint8_t identifier[12]; 
    uint32_t endianness; 
    uint32_t glType; 
    uint32_t glTypeSize; 
    uint32_t glFormat; 
    uint32_t glInternalFormat; 
    uint32_t glBaseInternalFormat; 
    uint32_t width; 
    uint32_t height; 
    uint32_t depth; 
    uint32_t arrayElementCount; 
    uint32_t faceCount; 
    uint32_t mipmapCount; 
    uint32_t keyValueDataLength; 
} KTXHeader; 
 
 
 
 
KTXHeader *header = (KTXHeader *)[data bytes]; 
 
BOOL endianSwap = (header->endianness == 0x01020304); 
 
self.width = endianSwap ? CFSwapInt32(header->width) : header->width; 
self.height = endianSwap ? CFSwapInt32(header->height) : header->height; 
self.internalFormat = endianSwap ? CFSwapInt32(header->glInternalFormat) : header->glInternalFormat; 
 
uint32_t mipCount = endianSwap ? CFSwapInt32(header->mipmapCount) : header->mipmapCount; 
uint32_t keyValueDataLength = endianSwap ? CFSwapInt32(header->keyValueDataLength) : header->keyValueDataLength; 
 
const uint8_t *bytes = [data bytes] + sizeof(KTXHeader) + keyValueDataLength; 
constsize_tdataLength = [data length] - (sizeof(KTXHeader) + keyValueDataLength); 
 
NSMutableArray *levelDatas = [NSMutableArrayarrayWithCapacity:MAX(mipCount, 1)]; 
 
const uint32_t blockSize = 16; 
uint32_t dataOffset = 0; 
uint32_t levelWidth = self.width, levelHeight = self.height; 
while (dataOffset<dataLength) 
{ 
    uint32_t levelSize = *(uint32_t *)(bytes + dataOffset); 
    dataOffset += sizeof(uint32_t); 
 
    NSData *mipData = [NSDatadataWithBytes:bytes + dataOffsetlength:levelSize]; 
    [levelDatasaddObject:mipData]; 
 
    dataOffset += levelSize; 
 
    levelWidth = MAX(levelWidth / 2, 1); 
    levelHeight = MAX(levelHeight / 2, 1); 
} 

 原文鏈接：https://www.qcloud.com/community/article/897529，作者：柯靈杰

【本文是51CTO專欄作者“騰訊云技術(shù)社區(qū)”的原創(chuàng)稿件，轉(zhuǎn)載請通過51CTO聯(lián)系原作者獲取授權(quán)】

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