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OpenGL ES 压缩纹理

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)
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2) 获得GPU的生产厂商

glGetString(GL_VENDOR);
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3) 获取GPU支持哪些压缩纹理

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

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Android
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