Сжатие текстур S3

Сжатие текстур S3 ( S3TC ) (иногда также называемое DXTn , DXTC или BCn ) - это группа связанных алгоритмов сжатия текстур с потерями , первоначально разработанных Iourcha et al. компании S3 Graphics, Ltd. ^{[1] [2]} для использования в их ускорителе компьютерной графики Savage 3D . Метод сжатия поразительно похож на ранее опубликованной Color Cell сжатия , ^[3] , который , в свою очередь адаптация блока усечения Кодирование опубликованной в конце 1970 - х годов. В отличие от некоторых алгоритмов сжатия изображений (например, JPEG), Сжатие данных с фиксированной скоростью в S3TC в сочетании с единым доступом к памяти (см. Сжатие цветных ячеек и некоторые схемы на основе VQ ) сделали его хорошо подходящим для использования при сжатии текстур в трехмерной компьютерной графике с аппаратным ускорением . Последующее включение в Microsoft «s DirectX 6.0 и OpenGL 1.3 (через GL_EXT_texture_compression_s3tc расширение ) привело к широкому распространению технологии среди аппаратных и программных решений. Хотя S3 Graphics больше не является конкурентом на рынке графических ускорителей, лицензионные сборы взимались и собирались за использование технологии S3TC до октября 2017 года, например, в игровых консолях.и видеокарты. Широкое использование S3TC привело к фактическому требованию, чтобы драйверы OpenGL поддерживали его, но обремененный патентами статус S3TC представлял серьезное препятствие для реализации с открытым исходным кодом ^{[4], в} то время как подходы к реализации, которые пытались избежать запатентованных частей, существовали . ^[5]

Патент [ править ]

Срок действия некоторых (например, US 5956431 A) из нескольких патентов USPTO на сжатие текстур S3 истек 2 октября 2017 года. ^[6] По крайней мере, один дополнительный патент, US 6 775 417 , однако имел продление на 165 дней. Срок действия этого патента на продолжение истек 16 марта 2018 г.

Кодеки [ править ]

Существует пять вариантов алгоритма S3TC (с названиями от DXT1 до DXT5 , что означает код FourCC, присвоенный Microsoft каждому формату), каждый из которых предназначен для определенных типов данных изображения. Все они преобразуют блок пикселей 4 × 4 в 64- битное или 128-битное количество, в результате чего степень сжатия составляет 6: 1 с 24-битными входными данными RGB или 4: 1 с 32-битными входными данными RGBA . S3TC - это алгоритм сжатия с потерями , приводящий к ухудшению качества изображения, эффект, который сводится к минимуму за счет возможности увеличения разрешения текстур при сохранении тех же требований к памяти. Нарисованные от руки изображения, похожие на мультфильмы, плохо сжимаются и не сжимаютсяданные карты нормалей , оба из которых обычно создают артефакты . ATI «s 3Dc алгоритм сжатия является модификацией DXT5 разработана для преодоления недостатков S3TC в отношении обычных карт. Программное обеспечение id работало с проблемами сжатия карты нормалей в Doom 3 , перемещая красный компонент в альфа-канал перед сжатием и перемещая его обратно во время рендеринга в пиксельном шейдере . ^[7]

Как и многие современные алгоритмы сжатия изображений, S3TC определяет только метод, используемый для распаковки изображений, что позволяет разработчикам разрабатывать алгоритм сжатия в соответствии с их конкретными потребностями, хотя патент по-прежнему распространяется на алгоритмы сжатия. NVidia GeForce 256 до GeForce 4 карты также используется 16-битные интерполяциями для визуализации DXT1 текстур, что привело к полосатости при распаковке текстур с цветовыми градиентами. Опять же, это создавало неблагоприятное впечатление сжатия текстур , не имеющее отношения к основам самого кодека.

DXT1 [ править ]

DXT1 (также известный как блочное сжатие 1 или BC1) - это наименьший вариант S3TC, хранящий 16 входных пикселей в 64-битных выходных, состоящих из двух 16-битных значений цвета RGB 5: 6: 5 и , и двухбитного 4x4 Справочная таблица.${\ displaystyle c_ {0}}$${\ displaystyle c_ {1}}$

Если (сравните эти цвета, интерпретируя их как два 16-битных беззнаковых числа), то вычисляются два других цвета, например, для каждого компонента, и . Этот режим работает аналогично режиму 0xC0 исходного кодека Apple Video . ^[8]${\ displaystyle c_ {0}> c_ {1}}$${\ displaystyle c_ {2} = {2 \ over 3} c_ {0} + {1 \ over 3} c_ {1}}$${\ displaystyle c_ {3} = {1 \ over 3} c_ {0} + {2 \ over 3} c_ {1}}$

В противном случае, если , то и - прозрачный черный цвет, соответствующий предварительно умноженному альфа-формату . ${\ displaystyle c_ {0} \ leq c_ {1}}$${\ displaystyle c_ {2} = {1 \ over 2} c_ {0} + {1 \ over 2} c_ {1}}$${\ displaystyle c_ {3}}$

Затем выполняется обращение к справочной таблице для определения значения цвета для каждого пикселя, при этом значение 0 соответствует, а значение 3 соответствует .${\ displaystyle c_ {0}}$${\ displaystyle c_ {3}}$

DXT2 и DXT3 [ править ]

DXT2 и DXT3 (вместе также известные как блочное сжатие 2 или BC2) преобразуют 16 входных пикселей (соответствующих блоку пикселей 4x4) в 128 бит выходных данных, состоящих из 64 бит данных альфа-канала (4 бита для каждого пикселя), за которыми следуют 64 биты данных цвета, закодированные так же, как DXT1 (за исключением того, что всегда используется 4-цветная версия алгоритма DXT1 вместо того, чтобы решать, какую версию использовать на основе относительных значений и ).${\ displaystyle c_ {0}}$${\ displaystyle c_ {1}}$

В DXT2 данные цвета интерпретируются как предварительно умноженные на альфа , в DXT3 интерпретируются как не умноженные на альфа. Обычно DXT2 / 3 хорошо подходят для изображений с резкими альфа-переходами между полупрозрачными и непрозрачными областями.

DXT4 и DXT5 [ править ]

DXT4 и DXT5 (вместе также известные как блочное сжатие 3 или BC3) преобразуют 16 входных пикселей в 128 бит выходных данных, состоящих из 64 бит данных альфа-канала (два 8-битных альфа-значения и 3-битная таблица поиска 4x4), за которыми следует 64 бита данных цвета (закодированы так же, как DXT1).

Если , то шесть других значений альфа вычисляется таким образом, что , , , , , и .${\ displaystyle \ alpha _ {0}> \ alpha _ {1}}$${\ displaystyle \ alpha _ {2} = {{6 \ alpha _ {0} +1 \ alpha _ {1}} \ более 7}}$${\ displaystyle \ alpha _ {3} = {{5 \ alpha _ {0} +2 \ alpha _ {1}} \ более 7}}$${\ displaystyle \ alpha _ {4} = {{4 \ alpha _ {0} +3 \ alpha _ {1}} \ более 7}}$${\ displaystyle \ alpha _ {5} = {{3 \ alpha _ {0} +4 \ alpha _ {1}} \ более 7}}$${\displaystyle \alpha _{6}={{2\alpha _{0}+5\alpha _{1}} \over 7}}$${\displaystyle \alpha _{7}={{1\alpha _{0}+6\alpha _{1}} \over 7}}$

В противном случае, если , четыре других альфа - значения вычисляются таким образом, что , , , и с и .${\displaystyle \alpha _{0}\leq \alpha _{1}}$${\displaystyle \alpha _{2}={{4\alpha _{0}+1\alpha _{1}} \over 5}}$${\displaystyle \alpha _{3}={{3\alpha _{0}+2\alpha _{1}} \over 5}}$${\displaystyle \alpha _{4}={{2\alpha _{0}+3\alpha _{1}} \over 5}}$${\displaystyle \alpha _{5}={{1\alpha _{0}+4\alpha _{1}} \over 5}}$${\displaystyle \alpha _{6}=0}$${\displaystyle \alpha _{7}=255}$

Затем просматривается справочная таблица для определения альфа-значения для каждого пикселя, при этом значение 0 соответствует, а значение 7 соответствует . Цветовые данные DXT4 предварительно умножаются на альфа, тогда как DXT5 - нет. Поскольку в DXT4 / 5 используется интерполированная альфа-схема, они обычно дают лучшие результаты для альфа-градиентов (прозрачности), чем DXT2 / 3.${\displaystyle \alpha _{0}}$${\displaystyle \alpha _{7}}$

Дальнейшие варианты [ править ]

BC4 и BC5 [ править ]

BC4 и BC5 (блочное сжатие 4 и 5) добавлены в Direct3D 10. Они повторно используют кодировку альфа-канала, найденную в DXT4 / 5 (BC3). ^[9]

• BC4 сохраняет 16 входных одноканальных (например, оттенков серого) пикселей в 64 бита выходных данных, кодируемых так же, как и альфа-каналы BC3. Расширенная палитра обеспечивает более высокое качество.
• BC5 сохраняет 16 входных двухканальных пикселей (например, карта нормалей касательного пространства) в 128 битов выходных данных, состоящих из двух половин, каждая из которых закодирована так же, как и альфа-каналы BC3.

BC6H и BC7 [ править ]

BC6H (иногда BC6) и BC7 (блочное сжатие 6H и 7) добавлены в Direct3D 11. ^[9]

• BC6H кодирует 16 входных пикселей RGB HDR (float16) в 128 бит выходных данных.
• BC7 кодирует 16 входных пикселей RGB8 / RGBA8 в 128 бит выходных данных.

BC6H и BC7 имеют гораздо более сложный алгоритм с выбором режимов кодирования. В результате качество намного лучше. ^[9]

Сравнение формата S3TC [ править ]

См. Также [ править ]

• S2TC , обходной путь без патента
• FXT1
• Поверхность DirectDraw
• PVRTC
• Адаптивное масштабируемое сжатие текстур (ASTC)
• Сжатие текстур Ericsson (ETC1 и ETC2)
• Сжатие цветных ячеек

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

Использование внешних ссылок в этом разделе может не соответствовать политикам или рекомендациям Википедии . Пожалуйста, улучшите эту статью , удалив лишние или неприемлемые внешние ссылки и преобразовав полезные ссылки, где это уместно, в сноски . ( Февраль 2017 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

• Бюро патентов и товарных знаков США, База данных полных текстов и изображений патентов, результат для US 5956431 A
• Поиск патента USPTO для US 5956431 A
• Статья Microsoft Developer Network о блочном сжатии в Direct3D 10
• squish , компрессор S3TC, лицензированный MIT . На сайте также есть статья с введением в алгоритмы сжатия.
• Сравнение сжатия текстур S3TC и FXT1
• Правда о S3TC Примечание. В этой статье использовался ранний механизм сжатия S3TC, а не обновленные кодеки nVidia или ATI.

( Копия Wayback Machine )

• Обзор сжатия текстур
• Быстрый компрессор DXT1 / 5 с поддержкой SSE2 от Intel
• Бетси, компрессор с ускорением на GPU.
• Современные кодеры BC1-7 с открытым исходным кодом, поддерживающие оптимизацию искажений (RDO)
• Сжатие текстур DXT с помощью SDL