ASTC纹理压缩格式介绍

一、ASTC纹理压缩格式介绍

ASTC是在OpenGL ES 3.0出现后，在2012年中产生的一种业界领先的纹理压缩格式，它的压缩分块从4x4到12x12最终可以压缩到每个像素占用1bit以下，压缩比例有多种可选。ASTC格式支持RGBA，且适用于2的幂次方长宽等比尺寸和无尺寸要求的NPOT（非2的幂次方）纹理。

以ASTC 4x4 block压缩格式为例，每个像素占用1字节，8bits。一张1024x1024大小的贴图压缩后的大小为1MB。

ASTC在压缩质量和容量上有很大的优势。

文档中有详细的测试数据：Using ASTC Texture Compression for Game Assets | NVIDIA Developer

二、适配机型

1. iOS
苹果从A8处理器开始支持ASTC，iPhone6及iPad mini 4以上iOS设备支持，2014年的iPhone 5s及iPad mini 3以前的设备不支持。

2. 安卓
安卓主流压缩格式正在从ETC2转向ASTC。

Unity官方对安卓ASTC格式支持的说明：
Unity - Manual: Recommended, default, and supported texture formats, by platform

官方文档中提到GPU对ASTC的支持情况：所有支持OpenGL ES 3.1和部分支持OpenGL ES 3.0的GPU。

鉴于OpenGL ES 3.0 GPU的不确定性，我们对一些当前用户占比较高的低配机型进行了ASTC格式兼容性测试，并补充了一些占比低的GPU型号Mali-G71、Adreno 306、Adreno 308、Adreno 405做测试（测试时间2020.5.21）：

市面上大部分机型都支持OpenGL ES 3.1以上，少数GPU配置较低的机型支持OpenGL ES 3.0但不支持ASTC压缩格式，在2020年4月统计的市面占比不到1.5%，从个人角度看ASTC压缩格式是可以普及使用的。

补充：Unity官方文档2018.4版本中有介绍对ASTC压缩格式的支持。

Texture Compression ASTC Platform Support：tvOS (all), iOS (A8), Android (PowerVR 6XT, Mali T600 series, Adreno 400 series, Tegra K1)

三、压缩格式的选择

前文我们了解了不同的ASTC格式的Bits Per Pixel（在本文中翻译为像素占用），为了更直观的感受，使用一张容易产生压缩失真的贴图进行示例。

1. ASTC与ETC2格式的压缩结果与容量对比

从上图可以看出，一张512x512尺寸的贴图（不带Alpha通道，开启Mipmap）的容量为1MB，压缩为ETC2 4 bits后容量为170.7KB，有明显失真，压缩为ASTC 6x6后容量为154.7KB，无明显失真，ASTC 6x6的容量小于ETC2 4 bits，压缩质量高于ETC2 4 bits。

从上图可以看出，压缩为ASTC 8x8后容量为85.4KB，容量约为ETC2 4 bits的50%，压缩质量高于ETC2 4 bits。

2. 无Alpha通道，RGB 24 位/像素的压缩格式选择

从上图可以看出，一张512x512尺寸的贴图（不带Alpha通道），压缩为ASTC 6x6、ASTC 8x8、ASTC 10x10后均无明显失真，压缩为ASTC 8x8后容量与ASTC 6x6相比减小了约44.8%，压缩为ASTC 10x10后容量与ASTC 8x8相比减小了约33.7%。

以法线贴图举例：

从上图可以看出，一张512x512尺寸的法线贴图，压缩为ASTC 4x4无明显失真，压缩为ASTC 5x5肉眼可见失真，压缩为ASTC 6x6后明显失真。

以面部贴图举例：

从上图可以看出，压缩为ASTC 6x6无明显失真，压缩为ASTC 8x8后肉眼可见失真。

结论：无Alpha通道的贴图建议压缩格式为ASTC 8x8。如果贴图为法线贴图，建议压缩格式为ASTC 5x5。有更高要求的贴图（比如面部、场景地面），可以设置压缩格式为ASTC 6x6，法线贴图为ASTC 4x4。

结论与NV文档数据对比：

浅绿色表示基准推荐，深绿色表示有更高要求的推荐，唯一有出入的地方是普通贴图的压缩选择ASTC 6x6还是ASTC 8x8，从个人角度，8x8的推荐指数应该为0。

3. 带Alpha通道，RGBA 32 位/像素的压缩精度选择

从上图可以看出，压缩为ASTC 5x5肉眼可见失真，压缩为ASTC 6x6后有明显失真，压缩为ASTC 5x5后容量与ASTC 4x4相比减小了约34.9%。在同一压缩格式下，带Alpha通道比不带Alpha通道的压缩质量下降明显。

结论：有Alpha通道的贴图建议压缩格式为ASTC 5x5。有更高要求的贴图（比如特效、UI），可以设置压缩格式为ASTC 4x4。

结论与NV文档数据对比一致：

4. 有无Alpha通道对压缩的影响
在同一压缩格式下，贴图容量不变，有无Alpha通道对压缩结果有很大影响，带Alpha通道的贴图压缩质量下降。

从上图可以看出，对于带Alpha通道的32位图和不带Alpha通道的24位图，选择同一压缩格式时，压缩结果有很大差异。

对于一张带Alpha通道的32位图，选择Import Settings中的Alpha Source为None，压缩结果与不带Alpha通道一致。

5. 其他问题
1）对Shader带来的影响
默认贴图是“black”时，如果贴图缺省，默认值是（0,0,0,0），A通道读取出来是0；使用RGB ETC2 4bits格式时，A通道读取出来是0；使用ASTC格式时，A通道读取出来是1。这里要注意Shader默认值的考虑。

2）JPEG格式已经是有损格式，在JPEG丢失的精度与ASTC压缩无关。

3）关于贴图尺寸。
压缩格式支持非2的幂次方时，只要硬件支持该压缩格式，就可以使用NPOT纹理。但是，2的幂次方纹理比其他尺寸更优，这里有复杂的图形学因素。

参考文章：《OpenGL支持非二次幂纹理的底层原理是什么？》

简单的理解，贴图在GPU中是以块为单位存储的，为了尽可能节省内存和带宽，压缩格式对贴图也是分块存储的。在递归或循环时，如果一个数是2的幂次方，可以被2整除，而且商也是2的幂次方。OpenGL API支持非2的幂次方，是因为考虑到易用性隐藏了细节，在内部处理了一些必要的拉伸或填充操作。所以，在无特殊要求时，尽量使用POT纹理，并且制作时尽量按照实际应用尺寸来制作，避免一些高精度压缩到低精度使用的情况。

4）无论贴图本身是否带Alpha信息，ASTC压缩的不同设置直接决定压缩大小。控制贴图资源的包体大小，依赖于ASTC压缩格式的规范是否合理，毕竟压缩为ASTC 8x8后容量与ASTC 6x6相比减小了约44.8%（85.4KB vs 154.7KB），压缩为ASTC 8x8后容量与ASTC 4x4相比减小了约300%（85.4KB vs 341.4KB）。而我们通常检查Alpha通道是否为空，可以帮助我们判断Alpha的信息是否冗余，是否应该设置更低的压缩精度。

5）ASTC压缩的算法比较智能，它会为变化更大的通道RGB或者A分配更高的权重，而且对于单色图，RGB通道内容一样时，使用较低的像素占用就可以达到很好的效果。对于单色图完全没有必要使用R8压缩格式，而是应该将RGB通道填充一样的信息，选择ASTC较低的像素占比，如ASTC 8x8。

6）在项目实际使用中发现，对于法线贴图，ETC2 4bits的压缩效果比ASTC 5x5好，对于带透明通道的贴图，存在ETC2 8 Bits比ASTC 4x4更优的情况，之前在测试中漏掉了对比，还需要进一步对比，根据实际情况进行选择。

A通道细节多的情况下，选择ASTC，A通道细节少的情况下，选择ETC2。

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