Khronos將ARM的ASTC技術（自適應可伸縮紋理壓縮技術）列為業內標準紋理壓縮的新方案。ASTC技術支援高動態範圍成像和三維紋理壓縮，我將花些時間演示如何處理紋理，以及在影象內容中它們可以採用怎樣的冷色效果。

高動態範圍成像（High Dynamic Range）

正常顏色（低動態範圍成像或LDR）的圖片在螢幕上顯示的顏色亮度為介於0（最低亮度）到1（最高亮度）的相對較低的動態範圍。超出該範圍則不能顯示，原因在於，你既不能將顏色調得比黑色更暗，也不能讓顯示器的亮度超出其最大亮度值。

儘管如此，在計算確定螢幕上的最終色彩畫素時，你通常想讓亮度超出這一範圍值。例如，物體表面的一道亮光，在調至表面的較暗色彩前，其亮度可能是最大亮度值的兩倍。如果只能在0到1之間進行調節，那麼不管你在上面打多強的光，畫面也無法調得比底色更亮。對於簡單的照明，這處理起來相當方便，你可以通過計算將原有的任何亮度調至你想要的亮度，而較高階的照明技術則通常利用紋理來支援光密度和色彩。不過如果我們只有低動態範圍紋理，進行此項操作則較麻煩。或許可以調節鮮豔色彩相關的紋理數值，不過，由於亮度梯度的線性區間影響，會在較暗區域形成條帶效應，視覺效果較差。同樣，對於顯示有光有影場景或有光源場景的紋理，如果採用LDR，則可能出現以下方面的問題，即：明亮區域偏亮、暗區不夠清晰，或者保持陰影的精度和調暗明亮區域。

我們所需要的顯示方案，應該既允許更大的動態範圍，又能在較暗區域採用較小梯度顯示色彩。來看看高動態範圍成像（HDR）紋理吧。

利用ASTC技術以3.56bpp壓縮而成的HDR影象，採用三種曝光方式顯示

在OpenGL® ES中，可以採用16位元浮點數值來指定HDR紋理。但是，典型的RGB紋理相當於48位元每畫素（48bpp），而多數設計人員均不滿意每畫素24位元典型紋理所佔用的空間，如果採用48bpp，則所佔空間為兩倍，這是一個較大缺陷。因此，我們需要進行壓縮。

支援HDR

你可能會想到，ASTC技術可以採用不同編碼模式處理影象中的各種紋理單元塊，要確保選擇最有效的模式，則取決於單元塊的影象內容。在前一篇日誌中，我們談到

紋理建立者可以決定採用HDR或LDR來達到同樣的色彩格式和位元率。當然，在許多情況下，HDR圖片比LDR圖片包含更多的資訊，因此需採用更高的位元率。我們用HDR圖片所做的實驗顯示，與8位元每畫素相比，ASTC技術可以做出的效果接近於BC6H（現有的de facto HDR壓縮標準）。儘管如此，能夠得益於低位元率的HDR影象內容種類有很多（光照圖是其中一種），而讓這種操作變得可行很有意義。

3D紋理

OpenGL, OpenGL ES和DirectX APIs均支援3D紋理，但它們的利用率並不高。原因不難解釋——它們較佔空間。256x256的RGB紋理較小，未壓縮情況下佔據192KiB空間。要在3D中獲得同樣的畫素解決方案，要求紋素為256x256x256，其所佔空間較大，為48MiB。對於多數應用程式而言，這便是3D技術人員所謂的“太大”。顯然，我們不是要求壓縮技術支援3D紋理，而是要讓3D紋理能夠被壓縮。

效能問題取決於你如何看待3D紋理。如果你正在展示一個面，它與你編碼的切片方向平行，而一個紋素解碼操作只需進入單個切片內的資料單元塊。你還極有可能在同一單元塊內或在快取中發現附近的畫素點。

但是，如果你的畫面是垂直方向對映，你將需要訪問更多的紋理單元塊，影響頻寬和抖動紋理快取。這樣會形成較大程度的效能從屬，而這不是關於複雜性或內容構造等方面的可控內容，而是不可預見的視角。這真令人討厭！

ASTC技術的3D模式引入了一種新理念——壓縮資料中一個128位元的單元塊可以覆蓋一個3D足跡（從3x3x3畫素點到6x6x6畫素點，梯度在二者之間）。這相當於將位元率從4.7調低至 0.56位元每畫素。由於單元塊是立方體（或接近立方體，類似於4X4X5的規格也可操作），無論從哪個方向看，它們都是相似的。通過切片方法檢視，幾乎完全消除了效能方面的較大差異。

我們演示了利用ASTC技術在2位元每畫素的情況下進行3D紋理編碼。這相當於8X8畫素點單元塊的切片，或採用4X4X4畫素單元塊進行3D本地編碼。3D編碼可將本地質量提高約為2dB，說明圖層之間更多的關聯性可以通過壓縮演算法進行利用，從而使質量大幅提高。

對於包含邊界清楚的不同色彩區域的3D紋理而言，我們還會發現這種定義紋理劃分的方法的一大優點。如果將這種方法用作函式而非表格，則可輕鬆（一旦你意識到這種可能性）定義關於X、Y、Z的函式，而非僅僅是X和Y的函式。無需大型ROM，只需最低的附加硬體成本，我們便可得到一份3D分割槽表。

3D單元塊需要對畫素加權矩陣的佈局進行修改，不過這正適合128位元單元塊的構造，並可重新利用2D情形下的大量功能單元。例如，有一種巧妙的方法是採用簡單內插的方式在加權值中插入數值，而非通過三維插值來計算有效的加權值。這樣操作可以減小與2D雙線性內插相同的工作量，而且我們可以重新利用相同的內插硬體，節省電力和空間。

讓我們切換到常規問題吧：是的，這是另一種自主選擇，因此ASTC技術還支援3D HDR紋理！不過，你還期待什麼？

互動

獲得ASTC技術評估編解碼器，請訪問Mali Developer Center，可支援LDR,HDR和3D紋理壓縮。

你是否有HDR或3D紋理方面的新應用？在評論中與我們分享吧！

Sean Ellis是ARM媒體處理部技術團隊的一員

他於1988年開始從事3D圖形工作，包括ARM最初的機器產品Archimedes。他是Java移動3D圖形標準規範（M3G和M3G2）的主要制定者。目前工作是界定ARM下一代GPU的架構。他還參與專利工作，保護ARM在多媒體領域的創新成果。

原文連結：http://blogs.arm.com/multimedia/1011-more-astc-in-arm-mali-gpus-high-dynamic-range-and-3d