一、压缩纹理

1996年，斯坦福大学Andrew Beers、Maneesh Agrawala和Navin Chaddha发表了一篇论文《Rendering from Compressed Texture》，提出了一种基于GPU的纹理压缩方法，GPU可以从该类型压缩纹理中直接采样并进行渲染，这种改进是巨大的进步：

节省内存
- 纹理在内存中是以压缩格式存在，不仅减小了文件大小，而且减小内存占用。
减少传输，提升带宽
- 图像数据不再需要由CPU解压缩再传输给GPU，而是可以在加载数据到内存时，一次性上传到GPU，然后由GPU进行解压采样，这可以减少客户端向GL服务端传输纹理数据的带宽。
  二、纹理压缩特点
  由于使用场景的差异，纹理压缩技术和一般的图像压缩技术有很大的差异：

压缩技术	图片压缩技术	纹理压缩技术
解压速度（解压速度）	不快。针对的是数据存储和传输	很快。因为GPU要采样进行渲染，不能影响渲染速度。
压缩速度（编码速度）	不快。	不快。并不需要考虑纹理再压缩的情况，一般这个情况在程序之外完成。
访问速度	不快。最大化压缩比率，不同数据块可变压缩比率，读取某个数据可能需要解压一大块数据	随机访问。纹理的任何位置随时都可能被访问
压缩比率、图像质量	可以有较高压缩比率。无损压缩，不损失图像品质有损压缩，高压缩比率不同数据块，不同压缩比率	一般为有损压缩固定压缩比率（采用索引，支持随机访问）

三、创建压缩纹理

压缩纹理和普通2D纹理的创建方法一样，这里可参照普通2D纹理的创建。区别就在于创建函数：

普通纹理：glTexImage2D
压缩纹理：glCompressedTexImage2D
glCompressedTexImage2D
```cpp

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

// 创建一个压缩格式的二维纹理 // target: 指定纹理目标，可能值如下： // GL_TEXTURE_2D // GL_PROXY_TEXTURE_2D // GL_TEXTURE_1D_ARRAY // GL_PROXY_TEXTURE_1D_ARRAY // GL_TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_X // GL_TEXTURE_CUBE_MAP_NEGATIVE_X // GL_TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_Y // GL_TEXTURE_CUBE_MAP_NEGATIVE_Y // GL_TEXTURE_CUBE_MAP_POSITIVE_Z // GL_TEXTURE_CUBE_MAP_NEGATIVE_Z // GL_PROXY_TEXTURE_CUBE_MAP // level: 纹理详细等级（level-of-detail），=0表示原始纹理大小，=1表示1/2原始纹理大小，以此类推 // internalformat: data存储的压缩图数据的格式 // width: 纹理像素宽度，2D纹理至少64，立方体（3D）纹理至少16 // height: 纹理像素高度，同上 // border: 必须是0 // imageSize: 从data地址开始的image data 的unsigned byte数 // data: 指向内存中压缩图像数据的指针

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# 四、压缩纹理格式
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## 1、ETC（ETC1）
Ericsson Texture Compression，爱立信公司于2005年提出的有损纹理压缩技术，OpenGL ES 2.0的标准，但并不是强制的，它是最通用的纹理压缩格式，几乎所有的移动设备都支持，它是一种为感知质量设计的有损算法，其依据是人眼对亮度改变的反应高于对色度的改变。<br />但是并不支持alpha通道，所以各大GPU厂商会支持ETC，但一般都会各自开发一套纹理压缩技术。
```cpp
GL_OES_compressed_ETC1_RGB8_texture        // 在 OpenGL ES 中扩展名
GL_ETC1_RGB8_OES                        // 压缩24位RGB纹理，0.5bpp

原理：https://gameinstitute.qq.com/community/detail/123075

RGB ETC 4bit**

每个像素占用4bit，对24位RGB数据提供了6:1的压缩比率，在OpenGL ES 2.0\3.0上支持，不支持alpha通道压缩，一般会采用以下方法解决这个问题：
- 一张图片保存2个纹理：ETC压缩纹理+alpha可见的灰度图，然后自定义shader。
- 两张图片：然后使用多重纹理技术（mipmaps）
现在基本淘汰了，一般直接使用ETC2。

相关工具
ARM提供的工具Mali Texture Compression Tool。
这个工具可以解决ETC的不支持alpha通道问题，一种方法是在一个ETC纹理中保存两张纹理，一张RGB的ETC，一张alpha纹理（将alpha通道转换为可见的灰度图像），在自定义片段着色器，对纹理多做一个alpha采样。另一种方法是单独生成一张alpha通道的纹理，然后通过多重纹理技术（mipmaps）将两张纹理组合到一起。

2、ETC2**

OpenGL ES 3.0的标准，为强制标准，所有支持OpenGL ES 3.0的设备都支持ETC2，相比于ETC的优势：

向下兼容ETC1
比ETC1提供更好的纹理压缩质量
支持alpha，支持单通道和双通道模式。

相比于其他纹理压缩技术（S3TC、PVRTC），压缩质量也更高，缺点是并不是所有的设备都支持OpenGL ES 3.0。

原理

RGB ETC2 4bit

提供了和ETC相同的压缩比和功能，但压缩质量更高，在OpenGL ES 3.0上支持。

RGBA ETC2 8bit

每像素8bit大小，支持8bit alpha通道。对32 bitRGBA提供了4:1的压缩比。

RGB+1 bit alpha ETC2 4bit

每像素4bit大小，支持1bit alpha通道。

EAC

核心原理与ETC相同，但它只用于单通道或双通道数据，OpenGL ES 3.0和OpenGL 4.3后的设备大部分支持，但由于安卓平台五花八门的兼容性，一般不建议用单双通道贴图。
2、PVRTC
参考资料：https://www.jianshu.com/p/d4e51dd55dfa**
Power VR Texture Compression，由Imagination Technologies公司专为PowerVR显卡核心设计，支持的GPU为Imagination Technologies的PowerVR SGX系列。由于专利原因一般它只被用于苹果的设备，仅Iphone、Ipad和部分PowerVR的安卓机支持，有较高排他性。
仅支持POT纹理，支持alpha通道，如果图像数据不含有alpha通道，则该通道空间会用于存储RGB数据，提升压缩比和质量。 ```cpp

GL_IMG_texture_compression_pvrtc; // 在OpenGL ES中的扩展名

GL_COMPRESSED_RGB_PVRTC_4BPPV1_IMG; // 压缩24位RGB纹理，0.5bpp GL_COMPRESSED_RGB_PVRTC_2BPPV1_IMG; // 压缩24位RGB纹理，0.25bpp GL_COMPRESSED_RGBA_PVRTC_4BPPV1_IMG; // 压缩32位RGBA纹理，0.5bpp GL_COMPRESSED_RGBA_PVRTC_2BPPV1_IMG; // 压缩32位RGBA纹理，0.25bpp

**PVRTC2**<br />在GDC 2012上，Imagination Technologies对PVRT进行了更新，推出了PVRTC2，增强了图像压缩质量，尤其是一些高对比度、大面积颜色不连续的部分、纹理边缘，支持NPOT纹理，更好地支持alpha预乘（Alpha Pre-Multiplied）。
```cpp
GL_IMG_texture_compression_pvrtc2;        // 在OpenGL ES中的扩展名
GL_COMPRESSED_RGB_PVRTC2_4BPPV1_IMG;    // 压缩24位RGB纹理，0.5bpp
GL_COMPRESSED_RGB_PVRTC2_2BPPV1_IMG;    // 压缩24位RGB纹理，0.25bpp
GL_COMPRESSED_RGBA_PVRTC2_4BPPV1_IMG;    // 压缩32位RGBA纹理，0.5bpp
GL_COMPRESSED_RGBA_PVRTC2_2BPPV1_IMG;    // 压缩32位RGBA纹理，0.25bpp

原理

PVRTC不同于DXT和ETC这类基于块的算法，而将整张纹理分为了高频信号和低频信号，低频信号由两张低分辨率的图像A和B表示，这两张图在两个维度上都缩小了4倍，高频信号则是全分辨率但低精度的调制图像M，M记录了每个像素混合的权重。要解码时，A和B图像经过双线性插值（bilinearly）宽高放大4倍，然后与M图上的权重进行混合。
https://gameinstitute.qq.com/community/detail/123075
https://zhuanlan.zhihu.com/p/237940807
https://www.khronos.org/registry/OpenGL/extensions/IMG/IMG_texture_compression_pvrtc2.txt

3、S3TC（DXTC）

S3TC：S3 Texture Compression
DXTC：DirectX Texture Compression

由 S3 Incorporated 公司在1999年申请的专利。后来被DX 6.0和OpenGL 1.3吸收为官方标准，因此S3TC也称DXTC，DXTC相当于Windows版的名字，S3TC是OpenGL中的名字。
支持的GPU为NVIDIA Tegra系列，在PC上广泛使用，移动设备商使用nVIDIA的很少。


GL_EXT_texture_compression_dxt1;    // 在OpenGL ES中的扩展名
GL_EXT_texture_compression_s3tc;    // 在OpenGL ES中的扩展名
GL_COMPRESSED_RGB_S3TC_DXT1            // 压缩RGB纹理，0.5bpp
GL_COMPRESSED_RGBA_S3TC_DXT1        // 压缩RGBA纹理，0.5bpp
GL_COMPRESSED_RGBA_S3TC_DXT3        // 压缩RGBA纹理，1bpp
GL_COMPRESSED_RGBA_S3TC_DXT5        // 压缩RGBA纹理，1bpp

原理

https://zhuanlan.zhihu.com/p/125751581

4、ATITC

参考资料：https://huailiang.github.io/blog/2019/texture/

ATI Texture Compression。
支持的GPU为Qualcomm的Adreno系列，其他GPU厂商并不支持。


GL_ATI_texture_compression_atitc    // OpenGL ES扩展名
GL_ATC_RGB_AMD                        // RGB，0.5bpp
GL_ATC_RGBA_EXPLICIT_ALPHA_AMD        // RGBA，1bpp
GL_ATC_RGBA_INTERPOLATED_ALPHA_AMD    // RGBA，1bpp

5、ASTC

参考资料

Adaptive Scalable Texture Compression，自适应可伸缩纹理压缩，由ARM和AMD联合研发，2012年发布，基于块的有损压缩算法，唯一一个不受专利影响的压缩格式，2018年被Khronos组织认可。
从IOS9开始支持，相对于PVRTC，ASTC(4X4)的压缩比会增加到0.25，显示效果也会好很多，而且不要求图片长宽相等且为2的幂次方，Android设备也支持，可以说，ASTC是目前最好的纹理压缩格式，默认首选。(由于这是最新压缩格式，所以可能存在部分机型不适配问题)

以2020年市场上的移动设备支持来看，推荐的纹理压缩格式如下：

android
- ETC2：没什么问题。
- ASTC：在Android 5.0/OpenGL ES 3.1后支持，市场上约98.5%的手机机型支持。
IOS
- ASTC：iphone 6以上都支持。
- PVRTC2：iphone 6以下选择。

计算机科学

OpenGL_压缩纹理（Compressed Texture）

一、压缩纹理

二、纹理压缩特点

三、创建压缩纹理

glCompressedTexImage2D

2、ETC2**

2、PVRTC

原理

相关工具

3、S3TC（DXTC）

原理

相关工具

4、ATITC

相关工具

5、ASTC