OpenGL ES 压缩纹理

Posted 2021-09-04 VE视频引擎

什么是压缩纹理

在实际应用特别是游戏中纹理占用了相当大的包体积，而且GPU无法直接解码目前流行的图片格式，图片必须转换为RGB等类型的格式才能上传到GPU内存，这显然增加了GPU内存的占用。为了处理这些问题于是出现了GPU支持的压缩纹理格式，在GPU中进行解码。压缩纹理属于有损压缩，更在意解码速度，而编码在程序运行之前，因此速度较慢。

压缩纹理的常见格式

基于OpenGL ES的压缩纹理有常见的如下几种实现：
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图形标准的一部分，并且被所有的android设备所支持。
扩展名为: GL_OES_compressed_ETC1_RGB8_texture，不支持透明通道，所以仅能用于不透明纹理。
且要求大小是2次幂。
当加载压缩纹理时，参数支持如下格式： GL_ETC1_RGB8_OES(RGB，每个像素0.5个字节)

ETC2

ETC2 是 ETC1 的扩展，压缩比率一样，但压缩质量更高，而且支持透明通道，能完整存储 RGBA 信息。ETC2 需要 OpenGL ES 3.0（对应 WebGL 2.0）环境，目前还有不少低端 Android 手机不兼容，ios 方面从 iPhone5S 开始都支持 OpenGL ES 3.0。ETC2 和 ETC1 一样，长宽可以不相等，但要求是 2 的幂次方。

PVRTC

支持的GPU为Imagination Technologies的PowerVR SGX系列。
OpenGL ES的扩展名为: GL_IMG_texture_compression_pvrtc。
当加载压缩纹理时，参数支持如下几种格式： GL_COMPRESSED_RGB_PVRTC_4BPPV1_IMG (RGB，每个像素0.5个字节) GL_COMPRESSED_RGB_PVRTC_2BPPV1_IMG (RGB，每个像素0.25个字节) GL_COMPRESSED_RGBA_PVRTC_4BPPV1_IMG (RGBA，每个像素0.5个字节) GL_COMPRESSED_RGBA_PVRTC_2BPPV1_IMG (RGBA，每个像素0.25个字节)

ATITC

支持的GPU为Qualcomm的Adreno系列。
支持的OpenGL ES扩展名为: GL_ATI_texture_compression_atitc。
当加载压缩纹理时，参数支持如下类型的纹理： GL_ATC_RGB_AMD (RGB，每个像素0.5个字节) GL_ATC_RGBA_EXPLICIT_ALPHA_AMD (RGBA，每个像素1个字节) GL_ATC_RGBA_INTERPOLATED_ALPHA_AMD (RGBA，每个像素1个字节)

S3TC

也被称为DXTC，在PC上广泛被使用，但是在移动设备上还是属于新鲜事物。支持的GPU为NVIDIA Tegra系列。
OpenGL ES扩展名为:
GL_EXT_texture_compression_dxt1和GL_EXT_texture_compression_s3tc。
当加载压缩纹理时，参数有如下几种格式： GL_COMPRESSED_RGB_S3TC_DXT1 (RGB，每个像素0.5个字节) GL_COMPRESSED_RGBA_S3TC_DXT1 (RGBA，每个像素0.5个字节) GL_COMPRESSED_RGBA_S3TC_DXT3 (RGBA，每个像素1个字节) GL_COMPRESSED_RGBA_S3TC_DXT5 (RGBA，每个像素1个字节)

压缩纹理相关API的使用

1） 获得GPU的型号

glGetString(GL_RENDERER)

2） 获得GPU的生产厂商

glGetString(GL_VENDOR);

3） 获取GPU支持哪些压缩纹理

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

4）判断是否支持ETC1格式的压缩纹理

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

5） 判断是否支持DXT格式的压缩纹理

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

6）判断是否支持PVRTC格式的压缩纹理

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

7）判断是否支持ATITC格式的压缩纹理

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

8） 上传压缩纹理数据

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

internalformat即是压缩纹理格式的类型。
9）查看设备支持的texture压缩格式，可以使用如下代码获取：

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格式纹理时，纹理的filter mode不能设置为 GL_LINEAR_MIPMAP_LINEAR, 
//否则的话加载出来的画线显示黑色, 这里有提到。

10）glTexImage中指定压缩格式可以对上传的纹理进行压缩以改善内存使用，通过设置intenalFormat为表中一个值实现。通过这种方式进行图像压缩增加了纹理加载的开销，但却能够通过更有效地使用纹理存储空间来增加纹理性能，如果由于某些原因无法对纹理进行压缩，OpenGL就会使用下表中所列出的基本内部格式，并加载未经压缩的纹理。

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

除了这些压缩格式外，OpenGL中还加入了一些特定的压缩格式，即GL_COMPRESSED_SIGNED_RED_RGTC1，GL_COMPRESSED_SIGNED_RED_RGTC2，和GL_COMPRESSED_SIGNED_RG_RGTC2，它们用于各种单颜色通道和双颜色通道压缩纹理，他们代替了兼容版本中GL_LUMINANCE和GL_LUMINANCE_ALPHA的功能
11）判断纹理是否被成功压缩

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

glGetTexLevelParameteriv第三参数支持的有：

GL_TEXTURE_COMPRESSED：如果纹理被压缩返回1，否则返回0
GL_TEXTURE_COMPRESSED_IMAGE_SIZE：获取压缩后的纹理大小（以字节为单位）
GL_TEXTURE_INTERNAL_FORMAT：所使用的压缩格式
GL_NUM_COMPRESSED_TEXTURE_FORMATS：支持的压缩纹理格式数量
GL_COMPRESSED_TEXTURE_FORMATS：支持的压缩纹理格式数组
GL_TEXTURE_COMPRESSION_HINT: 选择压缩格式的方式

11）指定选择压缩格式的方式

glHint(GL_TEXTURE_COMPRESSION_HINT,GL_FASTEST); //最快
glHint(GL_TEXTURE_COMPRESSION_HINT,GL_NICEST);  //质量最好
glHint(GL_TEXTURE_COMPRESSION_HINT,GL_DONT_CARE); //自行选择

压缩纹理工具

每种压缩纹理以及相应的厂商都提供了压缩纹理的工具，包括可视化工具和命令行工具，可自行下载
1）Imagination Technologies PowerVR
PVETextTool
2）Qualcomm Adreno
Adreno Texture Tool
3）ARM Mali
Mail Texture Compression Tool
4）nVIDIA Tegra
DirectX Texture Tool