紋理內(nèi)存優(yōu)化

內(nèi)存過大導(dǎo)致的問題

游戲運行時占用的內(nèi)存大小，是衡量游戲性能的一個非常重要的指標。游戲如果占用的內(nèi)存過大，會導(dǎo)致以下的問題：

1. 發(fā)熱，發(fā)燙。過多的內(nèi)存數(shù)據(jù)傳輸，是導(dǎo)致游戲發(fā)熱的主要原因之一。
2. 延遲、卡頓。像紋理的加載、傳輸都需要耗費時間，另外內(nèi)存資源占用的越多，系統(tǒng)也更加容易觸發(fā) gc 操作，導(dǎo)致游戲非預(yù)期卡頓。
3. 閃退。游戲超過一定的內(nèi)存上限，操作系統(tǒng)會強制殺死進程。

而紋理占用的內(nèi)存占整個運行內(nèi)存的比重非常大，并且容易做優(yōu)化，所以紋理內(nèi)存占用的大小是需要重點關(guān)注的。

紋理加載流程

下面是一張圖片加載的整個流程。

可以看出讀取非壓縮紋理與壓縮紋理的主要區(qū)別是： 壓縮紋理不需要解碼 ，數(shù)據(jù)是可以直接被 gpu 讀??；png 等格式圖片，不能直接被 gpu 讀取，需要解碼成未壓縮的位數(shù)據(jù)。不過實際運行中， 并不是所有階段的數(shù)據(jù)都需要保存 。非壓縮紋理在 cpu 內(nèi)存里的編碼數(shù)據(jù)（藍色區(qū)域），在解碼后，是不需要再保存的。

紋理管理方式

下面列舉幾種小游戲開發(fā)可以使用的紋理管理方案：

1. 將所有資源都加載進 gpu 內(nèi)存，那么對于非壓縮紋理，只需要在 gpu 內(nèi)存保存一份解碼數(shù)據(jù)，壓縮紋理只需要在 gpu 內(nèi)存保存一份壓縮紋理數(shù)據(jù)。也就是只需要紅色區(qū)域的部分。
2. 將所有資源都加載進 cpu 內(nèi)存，然后在運行時，將所需要繪制的資源，加載進 gpu 內(nèi)存，不需要繪制時，可以釋放掉。
3. 將部分資源加載進 cpu 內(nèi)存，然后在運行時，再將所需要繪制的資源，加載進 gpu 內(nèi)存。根據(jù)需要將資源加載、釋放。

那么這三種方式各有什么優(yōu)缺點呢？

第 1 種方式是運行性能最好的，因為所有的紋理數(shù)據(jù)都在 gpu 內(nèi)存，可以直接繪畫，無需從 cpu 內(nèi)存 copy 數(shù)據(jù)，占用的內(nèi)存比較大。但是要求你對 webgl 和所使用的引擎，有一定的了解，保證 gpu 內(nèi)的紋理數(shù)據(jù)，沒有被引擎或者自己釋放。游戲引擎在繪制紋理的時候，如果發(fā)現(xiàn) gpu 內(nèi)存中沒有紋理數(shù)據(jù)，就會從 cpu 內(nèi)存中尋找數(shù)據(jù)并拷貝。但是由于這種方式，我們沒有在 cpu 內(nèi)存中放置紋理數(shù)據(jù)，如果 gpu 中的某些紋理數(shù)據(jù)被釋放了，后面就無法繪制了。如果使用 three.js 這種不自動回收 gpu 資源的引擎，并且整個游戲紋理內(nèi)存占用不大的情況下，可以用這種方法。

第 2 種方式占用的內(nèi)存要比第 1 種方式大，并且性能不如第 1 種方式（如果你提前將需要的紋理加載進 gpu 內(nèi)存，那性能就和 1 一樣了）。大部分引擎會在繪制紋理時，負責(zé)將紋理數(shù)據(jù)從 cpu 內(nèi)存 copy 進 gpu 內(nèi)存，并且管理釋放。如果引擎不釋放資源的話，就需要自己去做。

第 3 種方式的優(yōu)點是，占用的內(nèi)存小，特別適合做多關(guān)卡、多場景游戲。缺點是，需要管理好資源的加載與釋放問題。一般在加載關(guān)卡進度的時候，完成資源的加載。

紋理大小如何計算

要想優(yōu)化紋理占用的內(nèi)存，就要知道如何計算每張紋理的大小。下面用一個例子進行說明。

上面是臉萌的主場景圖片，jpg 格式，尺寸為 512*512，顏色空間為 RGB888，大小 100kb。解碼后占用的內(nèi)存大小計算公式為：長 * 寬 * 通道個數(shù) * 通道位數(shù)，如果解碼成 RGB888 格式，那么占用的內(nèi)存大小為 512*512*3*8bit = 0.75M。而對應(yīng)的 etc2 RGB888 格式的壓縮紋理占用的內(nèi)存大小為 512*512*0.5byte = 0.125M（實際大小為 135kb，因為還包含紋理描述信息）。下面的表格列舉出幾種常用的壓縮紋理格式每像素占用的字節(jié)數(shù)。

減小紋理占用內(nèi)存的方法

那么減少單張圖片占用的內(nèi)存，有以下幾個方案：

1. 減小圖片的尺寸，在滿足視覺要求的情況下，盡可能地縮小圖片尺寸，比如將一張 256256 圖片縮小成 128128 尺寸，就減少了 75%的內(nèi)存占用。
2. 降低通道位數(shù)，比如 RGB888 格式的圖片轉(zhuǎn)換為 RGB565 格式。但是這也依賴于具體的解碼方法，現(xiàn)在小游戲引擎，會把圖片資源都解碼成 RGBA8888 格式，那么即使將 RGB888 格式轉(zhuǎn)換為 RGB565 格式，也不會降低解碼后紋理數(shù)據(jù)占用的內(nèi)存。
3. 使用壓縮紋理，但是有幾個限制點：首先壓縮紋理是有損壓縮，會降低一些圖片質(zhì)量（一般不明顯）；其次各個平臺、不同圖形 api 支持的壓縮紋理格式，也不盡相同。比如瀏覽器上可以支持 s3tc 紋理，手機端支持 etc2 紋理（需要支持 opengles3.0），ios 系統(tǒng)支持 pvrtc 紋理。

像 pngquant、tinypng 等采用 color reduction 方法壓縮圖片的工具，能夠減小文件大小，加快加載速度，編碼數(shù)據(jù)占用的內(nèi)存也更小。但是在解碼方式不變的情況下，并不能減小解碼后的圖片內(nèi)存占用大小。