Android 使用压缩纹理的方案

这篇文章主要介绍了Android 使用压缩纹理,本文介绍了什么是压缩纹理，以及加载压缩纹理的核心步骤，并在 Android OpenGLES 平台上实现了压缩纹理的显示，需要的朋友可以参考下

一、压缩纹理概念

传统的图片文件格式有 PNG 、 JPEG 等，这种类型的图片格式无法直接被 GPU 读取，需要先经过 CPU 解码后再上传到 GPU 使用，解码后的数据以 RGB(A) 形式存储，无压缩。

纹理压缩顾名思义是一种压缩的纹理格式，它通常会将纹理划分为固定大小的块(block)或者瓦片(tile)，每个块单独进行压缩，整体显存占用更低，并且能直接被 GPU 读取和渲染(无需 CPU 解码)。

纹理压缩支持随机访问，随机访问是很重要的特性，因为纹理访问的模式高度随机，只有在渲染时被用到的部分才需要访问到，且无法提前预知其顺序。而且在场景中相邻的像素在纹理中不一定是相邻的，因此图形渲染性能高度依赖于纹理访问的效率。综上，相比普通格式图片，纹理压缩可以节省大量显存和 CPU 解码时间，且对 GPU 友好。

二、OpenGL 接口

想要使用 OpenGL 加载压缩纹理，只需要了解一个接口：glCompressedTexImage2D。

1.glCompressedTexImage2D

接口声明如下，注释里说明了各参数的含义：

void glCompressedTexImage2D (GLenum target, GLint level, GLenum internalformat, // 格式 GLsizei width,  // 纹理宽度 GLsizei height, // 纹理高度 GLint border, GLsizei imageSize, // 纹理数据大小 const void *data) // 纹理数据

所以加载一个压缩纹理，主要有以下几个要点：

获取到压缩纹理存储格式
获取压缩纹理的大小
获取压缩纹理的图像大小

2.判断压缩纹理是否支持

有的设备可能不支持压缩纹理，使用前需要进行判断。

std::string extensions = (const char*)glGetString(GL_EXTENSIONS); if (extensions.find("GL_OES_compressed_ETC1_RGB8_texture")!= string::npos) { // 支持 ETC1 纹理 } if (extensions.find("GL_OES_texture_compression_astc") != std::string::npos) { // 支持 ASTC 纹理 }

三、压缩纹理加载

为了方便描述，定义了一个压缩纹理的结构体：

// 压缩纹理相关信息 struct CompressedTextureInfo { bool is_valid; // 是否为一个有效的压缩纹理信息 GLsizei width; GLsizei height; GLsizei size; GLenum internal_format; GLvoid *data; };

下面介绍ETC1、ETC2和ASTC格式的压缩纹理如何解析成CompressedTextureInfo对象。

1.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)
ETC1 压缩纹理的加载，主要参考了Android源码：etc1.cpp
解析 ETC1 纹理：

// 解析 ETC1 纹理 static const CompressedTextureInfo ParseETC1Texture(unsigned char* data) { CompressedTextureInfo textureInfo; textureInfo.is_valid = false; const etc1::etc1_byte *header = data; if (!etc1::etc1_pkm_is_valid(header)) { LogE("LoadTexture: etc1_pkm is not valid"); return textureInfo; } unsigned int width = etc1::etc1_pkm_get_width(header); unsigned int height = etc1::etc1_pkm_get_height(header); GLuint size = 8 * ((width + 3) >> 2) * ((height + 3) >> 2); GLvoid *texture_data = data + ETC1_PKM_HEADER_SIZE; textureInfo.is_valid = true; textureInfo.width = width; textureInfo.height = height; textureInfo.size = size; textureInfo.internal_format = GL_ETC1_RGB8_OES; textureInfo.data = texture_data; return textureInfo; }

2.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。

首先定义好 ETC2 的 Header：

// etc2_texture.h class Etc2Header { public: Etc2Header(const unsigned char *data); unsigned short getWidth(void) const; unsigned short getHeight(void) const; unsigned short getPaddedWidth(void) const; unsigned short getPaddedHeight(void) const; GLsizei getSize(GLenum internalFormat) const; private: unsigned char paddedWidthMSB; unsigned char paddedWidthLSB; unsigned char paddedHeightMSB; unsigned char paddedHeightLSB; unsigned char widthMSB; unsigned char widthLSB; unsigned char heightMSB; unsigned char heightLSB; }; // etc2_texture.cpp Etc2Header::Etc2Header(const unsigned char *data) { paddedWidthMSB  = data[8]; paddedWidthLSB  = data[9]; paddedHeightMSB = data[10]; paddedHeightLSB = data[11]; widthMSB        = data[12]; widthLSB        = data[13]; heightMSB       = data[14]; heightLSB       = data[15]; } unsigned short Etc2Header::getWidth() const { return (widthMSB << 8) | widthLSB; } unsigned short Etc2Header::getHeight() const { return (heightMSB << 8) | heightLSB; } unsigned short Etc2Header::getPaddedWidth() const { return (paddedWidthMSB << 8) | paddedWidthLSB; } unsigned short Etc2Header::getPaddedHeight() const { return (paddedHeightMSB << 8) | paddedHeightLSB; } GLsizei Etc2Header::getSize(GLenum internalFormat) const { if (internalFormat != GL_COMPRESSED_RG11_EAC && internalFormat != GL_COMPRESSED_SIGNED_RG11_EAC && internalFormat != GL_COMPRESSED_RGBA8_ETC2_EAC && internalFormat != GL_COMPRESSED_SRGB8_ALPHA8_ETC2_EAC) { return (getPaddedWidth() * getPaddedHeight()) >> 1; } return (getPaddedWidth() * getPaddedHeight()); }

解析 ETC2 数据：

// ETC2 魔数 static const char kMagic[] = { 'P', 'K', 'M', ' ', '2', '0' }; static const bool IsEtc2Texture(unsigned char *data) { return memcmp(data, kMagic, sizeof(kMagic)) == 0; } static const CompressedTextureInfo ParseETC2Texture(unsigned char *data, GLenum internal_format) { CompressedTextureInfo textureInfo; textureInfo.is_valid = false; if (!IsEtc2Texture(data)) { LogE("ParseETC2Texture: not a etc2 texture"); return textureInfo; } Etc2Header etc2Header(data); textureInfo.is_valid = true; textureInfo.width = etc2Header.getWidth(); textureInfo.height = etc2Header.getHeight(); textureInfo.size = etc2Header.getSize(internal_format); textureInfo.internal_format = internal_format; textureInfo.data = data + ETC2_PKM_HEADER_SIZE; return textureInfo; }

3.ASTC

由ARM & AMD研发。ASTC同样是基于block的压缩方式，但块的大小却较支持多种尺寸，比如从基本的4x4到12x12；每个块内的内容用128bits来进行存储，因而不同的块就对应着不同的压缩率；相比ETC，ASTC不要求长宽是2的幂次方。

// ASTC 魔数 const unsigned char ASTC_MAGIC_NUMBER[] = {0x13, 0xAB, 0xA1, 0x5C}; // ASTC header declaration typedef struct { unsigned char  magic[4]; unsigned char  blockdim_x; unsigned char  blockdim_y; unsigned char  blockdim_z; unsigned char  xsize[3];   /* x-size = xsize[0] + xsize[1] + xsize[2] */ unsigned char  ysize[3];   /* x-size, y-size and z-size are given in texels */ unsigned char  zsize[3];   /* block count is inferred */ } AstcHeader; static const bool IsAstcTexture(unsigned char* buffer) { return memcmp(buffer, ASTC_MAGIC_NUMBER, sizeof(ASTC_MAGIC_NUMBER)) == 0; } static const CompressedTextureInfo ParseAstcTexture(unsigned char *data, GLenum internal_format) { CompressedTextureInfo textureInfo; textureInfo.is_valid = false; if (internal_format  GL_COMPRESSED_SRGB8_ALPHA8_ASTC_12x12_KHR) { LogE("parseAstcTexture: invalid internal_format=%d", internal_format); return textureInfo; } if (!IsAstcTexture(data)) { LogE("parseAstcTexture: not a astc file."); return textureInfo; } // 映射为 ASTC 头 AstcHeader* astc_data_ptr = (AstcHeader*) data; int x_size = astc_data_ptr->xsize[0] + (astc_data_ptr->xsize[1] << 8) + (astc_data_ptr->xsize[2] << 16); int y_size = astc_data_ptr->ysize[0] + (astc_data_ptr->ysize[1] << 8) + (astc_data_ptr->ysize[2] << 16); int z_size = astc_data_ptr->zsize[0] + (astc_data_ptr->zsize[1] << 8) + (astc_data_ptr->zsize[2] << 16); int x_blocks = (x_size + astc_data_ptr->blockdim_x - 1) / astc_data_ptr->blockdim_x; int y_blocks = (y_size + astc_data_ptr->blockdim_y - 1) / astc_data_ptr->blockdim_y; int z_blocks = (z_size + astc_data_ptr->blockdim_z - 1) / astc_data_ptr->blockdim_z; unsigned int n_bytes_to_read = x_blocks * y_blocks * z_blocks << 4; textureInfo.is_valid = true; textureInfo.internal_format = internal_format; textureInfo.width = x_size; textureInfo.height = y_size; textureInfo.size = n_bytes_to_read; textureInfo.data = data; return textureInfo; }

得到CompressedTextureInfo对象后，即可进行压缩纹理的显示了：

CompressedTextureInfo textureInfo = etc1::ParseETC1Texture(input_data); if (!textureInfo.is_valid) { LogE("LoadTexture: etc1 textureInfo parsed invalid."); } GLuint texture_id = 0; glGenTextures(1, &texture_id); glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture_id); glCompressedTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, textureInfo.internal_format, textureInfo.width, textureInfo.height, 0, textureInfo.size, textureInfo.data);