各种移动GPU压缩纹理的使用方法

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介绍了各种移动设备所使用的GPU，以及各个GPU所支持的压缩纹理的格式和使用方法。

1. 移动GPU大全
目前移动市场的GPU主要有四大厂商系列：

1）Imagination Technologies的PowerVR SGX系列

    

代表型号：PowerVR SGX 535、PowerVR SGX 540、PowerVR SGX 543MP、PowerVR SGX 554MP等
代表作  ：Apple iPhone全系、iPad全系，三星I9000、P3100等

2）Qualcomm(高通)的Adreno系列

    

代表型号：Adreno 200、Adreno 205、Adreno 220、Adreno 320等
代表作  ：HTC G10、G14，小米1、2等

3）ARM的Mali系列

    

代表型号：Mali-400、Mali-T604等
代表作  ：三星Galaxy SII、Galaxy SIII、Galaxy Note1、Galaxy Note2(亚版)等

4）nVIDIA(英伟达)的Tegra系列

    

代表型号：nVIDIA Tegra2、nVIDIA Tegra3等
代表作  ：Google Nexus 7，HTC One X等


2. 压缩纹理的必要性
1）首先要说一下图像文件格式和纹理格式的区别。
常用的图像文件格式有BMP，TGA，JPG，GIF，PNG等；
常用的纹理格式有R5G6B5，A4R4G4B4，A1R5G5B5，R8G8B8, A8R8G8B8等。

    文件格式是图像为了存储信息而使用的对信息的特殊编码方式，它存储在磁盘中，或者内存中，但是并不能被GPU所识别，因为以向量计算见长的GPU对于这些复杂的计算无能为力。这些文件格式当被游戏读入后，还是需要经过CPU解压成R5G6B5，A4R4G4B4，A1R5G5B5，R8G8B8, A8R8G8B8等像素格式，再传送到GPU端进行使用。
    纹理格式是能被GPU所识别的像素格式，能被快速寻址并采样。
举个例子，DDS文件是游戏开发中常用的文件格式，它内部可以包含A4R4G4B4的纹理格式，也可以包含A8R8G8B8的纹理格式，甚至可以包含DXT1的纹理格式。在这里DDS文件有点容器的意味。

    OpenGL ES 2.0支持以上提到的R5G6B5，A4R4G4B4，A1R5G5B5，R8G8B8，A8R8G8B8等纹理格式，其中 R5G6B5，A4R4G4B4，A1R5G5B5每个像素占用2个字节(BYTE)，R8G8B8每个像素占用3个字节，A8R8G8B8每个像素占用 4个字节。

   

    对于一张512*512的纹理的话，R5G6B5格式的文件需要占用512KB的容量，A8R8G8B8格式的文件需要占用1MB的容量；如果是1024*1024的纹理，则各需要2M和4M的容量，这对于动辄需要几十、几百张甚至更多纹理的游戏，上G容量的游戏在移动平台上是不容易被接受的(当然，还是有1、2G的大作的，里面包含了几千张的纹理)。

    聪明的设计师们在想，有没有其他办法，既能表现丰富的色彩和细节，又能是最小失真的情况下，达到更小的纹理容量呢。压缩纹理格式应运而生(当然，并不是在移动平台后才有的产物)。


3. 常见的压缩纹理格式
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）PVRTC (PowerVR texture compression)
3）ATITC (ATI texture compression)
4）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。
当加载压缩纹理时，<internal format>参数支持如下格式：
    GL_ETC1_RGB8_OES(RGB，每个像素0.5个字节)

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，<internal format>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，<internal format>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，<internal format>的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)

    由此可见，Mali系列GPU只支持ETC1格式的压缩纹理，而且该纹理不支持透明通道，有一定局限性。
    以上压缩纹理格式每个像素大小相对A8R8G8B8格式的比例，最高压缩比是16:1，最低压缩比是4:1，对于减小纹理的数据容量有明显作用，相应在显存带宽上也有明显优势，从而提高游戏的运行效率(此特性没有绝对数值，根据每个游戏的用法和瓶颈点不同而有差别)。

4. OpenGL中相关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);

    a. 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);

    b. 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);

    c. 判断是否支持PVRTC格式的压缩纹理

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

    d. 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);

4） 填充压缩纹理数据

    void glCompressedTexImage2D (

         GLenum target,

         GLint level,

         GLenum internalformat,

         GLsizei width,

         GLsizei height,

         GLint border,

         GLsizei imageSize,

         const GLvoid * data);

    这里的参数不做详细解释，其中internalformat即是压缩纹理格式的类型。

5. 压缩纹理工具的使用
   每种压缩纹理以及相应的厂商都提供了压缩纹理的工具，工具都分两个版本：
   a. 可视化转换工具 (给美工或小白少量使用)
   b. 命令行转换工具 (给程序批量使用)

下面对每个工具的用法进行说明。
1）Imagination Technologies PowerVR
工具下载地址
http://www.imgtec.com/powervr/insider/sdkdownloads/index.asp?installer=Windows%20Installer

可视化转换界面

    

命令行转换脚本
for %%i in (*.tga) do PVRTexTool.exe -f PVRTC4 -i %%i
(将本目录下的所有tga文件，转换成"PVRTC4"编码格式的pvr文件，不带mipmap)
详细使用说明：PvrTexTool.exe /?

2）Qualcomm Adreno
工具下载地址
https://developer.qualcomm.com/mobile-development/mobile-technologies/gaming-graphics-optimization-adreno/tools-and-resources

可视化转换界面

   

命令行转换脚本
for %%i in (*.tga) do QCompressCmd.exe %%i %%i.ktx "ATC RGBA Explicit" yes
(将本目录下的所有tga文件，转换成"ATC RGBA Explicit"编码格式的ktx文件，带mipmap)
详细使用说明：QCompressCmd.exe /?

3）ARM Mali
工具下载地址
http://malideveloper.arm.com/develop-for-mali/mali-gpu-texture-compression-tool/

可视化转换界面

   

命令行转换脚本
for %%i in (*.tga) do PVRTexTool.exe -f ETC -i %%i
(将本目录下的所有tga文件，转换成"ETC"编码格式的pvr文件，不带mipmap这里还是使用的PVRTexTool.exe，也可以使用QCompressCmd.exe)
详细使用说明：PVRTexTool.exe /?

4）nVIDIA Tegra
可以使用DirectX SDK中自带的DirectX Texture Tool进行转换
可视化转换界面

   

命令行转换脚本
for %%i in (*.tga) do texconv.exe -f DXT5 %%i
(将本目录下的所有tga文件，转换成"DXT5"编码格式的dds文件，不带mipmap)
详细使用说明：TexConv.exe /?

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