一个操作让游戏内存立减50+%-CocosCreator性能优化之压缩纹理

1 什么是压缩纹理

在游戏中，纹理不仅占据大量的包体，也占据了大量的内存。传统的图片压缩格式（如JPEG、PNG等）虽能减少资源大小，但是不能被GPU直接识别，还是需要先加载到内存通过CPU解码，转换成RGB/RGBA等能被GPU识别的格式，才能传送到GPU进行渲染。

为避免这些问题，压缩纹理，指的是一种针对GPU的纹理压缩方案，使纹理能够直接被GPU识别并进行渲染，它具有以下优点。

无需CPU解码，节省了CPU运算，减少耗电量。
纹理直接被传送到GPU，避免了内存占用，提高渲染性能。
高效的压缩算法，减少了包体大小。

2 压缩纹理的原理

传统的图片压缩主要目的是存储和传输，为了尽可能的高效压缩，使用了可变的压缩比率，因此在解压时需要解压更多的像素位才能读取某个像素的位置，不适合随机和快速读取，也发挥不了GPU的并行处理优势。

而压缩纹理使用一个固定的压缩比率，将纹理划分成多个像素块，每个像素块包含2*2或4*4个像素，然后对每个像素块进行压缩，被压缩的像素信息存储在一个像素集合中，每个像素块的索引位置存储在一个块索引图中。读取时，首先将纹理坐标转化为块索引值，然后在像素集合中查找对应的像素块，最后在这个像素块中找到纹理颜色值。

因为采用了固定的压缩比率，GPU内部可以并行处理，从而快速的解压缩。与之相对的是，纹理的压缩过程发生在程序运行之前，并不在意编码速度，因此在压缩时会遍历所有可能性，找到和原始像素差值最小的编码，这也是纹理压缩耗时较久的原因。

顺便说一下，普通图片格式中，PNG是无损压缩，JPEG是有损压缩。而压缩纹理都是有损压缩，只是在绝大部分情况下，手机上看不出来而已。

3 常用的压缩纹理格式

手机上使用压缩纹理依赖于OpenGL ES的支持，OpenGL ES 2.0本身并没有定义任何纹理压缩格式，它仅提供 glCompressTexImage2D() 方法供应用程序上传压缩纹理，压缩纹理的格式由各个GPU厂商定义和实现。

OpenGL ES 3.0提供了压缩纹理标准，使各个平台都可以使用同一种压缩纹理，但市面上的设备还需要很长时间才会全部过渡到OpenGL ES 3.0。因此，仍然需要对不同的平台和设备使用不同的压缩纹理格式。

手机游戏中常用的有以下格式。

3.1 ETC1

ETC1把4*4的像素块压缩成固定的64位编码（8个字节），4*4像素块是16个像素，每个像素4字节，一共占64个字节，所以压缩比是 64/8=8。但是ETC1只能存储RGB信息，不适用带透明度的纹理，为解决这个问题，Creator在ETC1文件中额外写入了透明度信息，即ETC1+A格式，它的压缩比是 64/16=4。
ETC1/ETC1+A需要OpenGL ES 2.0（对应WebGL 1.0）环境，目前几乎所有Android手机都支持ETC1，但是iOS不支持。
ETC1/ETC1+A纹理的长宽可以不相等，但要求是2的幂次方。

3.2 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。

3.3 PVRTC

Creator中常用的是PVRTC4+A，压缩比和ETC一样，iOS全系列支持，但是Android不支持。另外PVR要求纹理长宽相等（正方形）且是2的幂次方，例如1280*720的PNG图片，转换后变成2048*2048，这一点会大大增加内存消耗。在实测中还发现转换后的图片质量不如ETC1，存在模糊、毛边现象，对画面要求高的游戏不适合。

4 压缩纹理的使用

压缩纹理的使用非常简单，根据构建平台添加需要的格式即可，具体参见Creator官方文档，本文不再重复了。

Creator编辑器还提供了转换压缩纹理的选项，根据转换速度分为Fast、Slow等好几档，速度越慢则画面质量越好。但不管选哪个，只影响显示效果和转换时长，显存占用都是一样的。一般情况下，显存占用就是压缩纹理的文件大小，例如文件大小是1.5M，则它占用的显存也是1.5M。

在设置压缩纹理格式时，目前Creator 2.x版本还需手动一个一个设置。如果想一次性设置所有或部分资源，自己写个脚本遍历修改对应的.meta文件也比较方便，这里是一个我写好的脚本一键自动化设置压缩纹理格式

5 总结

在实际项目中的测试结果是，单图、自动图集、TexturePack合图加起来超过两千张图片的Creator工程，使用PNG时打出来的apk包大小近500M，内存占用1.3G。采用压缩纹理后，包体大小降到150M，内存占用降到600M。

压缩纹理的初始文件大小比PNG大1-2倍，但经过zip或打包成apk、ipa后，大小比PNG小了1/2-1/3，对减小包体有巨大好处。
从OpenGL ES 2.0开始，GPU纹理支持非2幂次方（例如，小于2048的图片比2048图片更节省内存），目前所有手机都已经是OpenGL ES 2.0及以上了。
对于Android原生平台，要想兼容尽可能多的设备，又想发挥内存和包体优势，目前最佳选择是ETC1。
对于iOS原生平台，PVR画面质量不佳，如果只考虑 iPhone5S 及以上设备，则使用ETC2比PVR好。
采用压缩纹理后，Creator的动态合图会失效，因为动态合图依赖于内存中的纹理缓存，而压缩纹理直接传送到GPU。
压缩纹理在压缩时速度较慢，如果是第一次压缩，整个过程可能在数个小时以上，具体取决于资源数量。
OpenGL ES 3.0开始新推出一种ASTC格式，Android和iOS都支持，画面质量比PVR好，且不要求纹理长宽相等和2的幂次方。ASTC可能会是未来的统一格式，但目前很多Android低端设备还不支持。