Hotball 的小屋

貼圖壓縮簡介 [Part 1]

貼圖是在 3D 場景中，增加真實性的一個重要的工具。就像一般的影像一樣，貼圖的大小愈大，它的圖像就愈精細。事實上，貼圖往往需要比一般的影像更大。因為，在 3D 場景中，觀察者可能會很靠近貼圖，使得貼圖需要放大很多倍，而造成模糊的現象。所以，一般來說，如果可能的話，貼圖愈大就愈好。

不過，貼圖是非常佔用記憶體空間的。現在的貼圖都是以不壓縮的形式存放在顯示記憶體中，而目前常用的貼圖格式是 16 bits、24 bits 和 32 bits。下表列出一些貼圖大小所佔用的空間：

貼圖大小	16 bits	16 bits mipmap	24 bits	24 bits mipmap	32 bits	32 bits mipmap
64x64	8 KB	10.6 KB	12 KB	16 KB	16 KB	21 KB
256x256	128 KB	170 KB	192 KB	256 KB	256 KB	340 KB
1024x1024	2 MB	2.6 MB	3 MB	4 MB	4 MB	5.3 MB

現在一般的顯示卡上通常裝有 32MB 的顯示記憶體。如果每個貼圖都要 2MB 的話，即使不計 frame buffer 所佔用的空間，也只能使用 16 張貼圖。這顯然是不可接受的。所以，現在的遊戲通常無法使用很大的貼圖。

然而，在儲存一般的影像的時候，通常會使用某些壓縮方式。現在常見的 JPEG 壓縮，可以達到 1:6 甚至 1:12 的壓縮比。如果把類似的壓縮方式應用在貼圖上，不就可以大量減少貼圖所用的空間了嗎？

不幸的是，一般的影像壓縮方式，是沒有辦法用在貼圖上面的。因為，顯示晶片在存取貼圖時，是一種「隨機存取」的動作。也就是說，顯示晶片通常會需要以任意的順序存取貼圖裡的資料。一般的壓縮方式如 JPEG，都利用了 variable length 的 coding，簡單的說，它們必需以一定的順序才能解開。因此，不能用這種方式來壓縮貼圖。

一種壓縮方式，是改變顏色空間。例如，3dfx 的 YAB 格式，就是一種不同的顏色空間。利用 YAB，每個像點只需要 8 bits，就可以達到接近 16 bits 的效果。不過，無論如何，這樣都使顏色的數目減少。因此，整個貼圖的色彩變化就受到了限制。

另一種方式，就是用傳統的「調色盤」結構。利用一個 256 種顏色的調色盤，就可以把貼圖以 8 bits 的方式儲存。不過，雖然它的色彩空間較大（可以是 24 bits 或 32 bits），但是總顏色數目還是不能超過 256 種。所以，它的應用範圍仍然有限。

現在常用的貼圖壓縮方式，則是利用以區塊為基礎的方式。通常的做法是，把貼圖切割成許多小區塊，再對各個區塊進行壓縮。例如，S3TC 就是把貼圖切成 4x4 的小區塊。利用這種做法，就可以對區塊進行某種處理（通常就是 vector quantization 或是其變形），顯示晶片也可以區塊為單位，進行隨機的存取動作。因此，這是適合用在貼圖的方式。

不過，區塊的大小會影響到壓縮的效果。一般來說，區塊愈大，就能有愈高的壓縮比。不過，愈大的區塊也會使額外的負擔增加。因為顯示晶片只能以區塊為單位來讀取貼圖資料，如果區塊愈大，則每個區塊中就可能會有愈多的資料是不需要的。所以，也不能任意把區塊的大小加大。

接下來的文章中，會簡單介紹一些常見的貼圖壓縮方式。

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8/1/2000, Ping-Che Chen

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