GPU が直接アクセスできる画像フォーマットです。 DXT1, DXT3, DXT5 (S3TC) 形式が有名です。

例えば 256×256 pixel の画像を考えると、フルカラーの 32bit R8G8B8A8 フォーマットでは 256KB になります。 DXT5 では わずか 64KB、DXT1 で済むなら 32KB に圧縮できます。 PVRTC や ASTC では、さらに圧縮率が高い 2～0.9bpp の形式も定義されています。

データ容量の削減と、描画の高速化の双方に大きなメリットがあります。

• データ容量の削減が可能で ROM 容量やダウンロードパッケージサイズが小さくなる
• VRAM の消費メモリが小さくて済み、より多くのデータを読み込んでおくことができる
• GPU がアクセスするメモリ帯域が削減され、メモリアクセスのボトルネックが解消する

GPU が直接画像をアクセスし、展開もハードウエアが直接行うので速度が遅くなることはありません。 むしろ非圧縮形式よりも GPU ネイティブの圧縮テクスチャの方が高速です。 その理由はメモリ帯域の削減と、圧縮されている方がテクスチャのキャッシュを効率良く活用できるからです。

その代償は画質です。 Lossy (非可逆圧縮) であり、元データからは大きく画質が落ちます。 例えばキーカラー (EndPoint) は 565 ～ 444 等に制限されますし、ブロック単位に使える色数も階調も制限されます。 特に圧縮アルゴリズムの構造上、4×4 サイズのブロックノイズが出ることがあります。 565 など RGB 非対称の場合は補間により色ずれも発生します。

DirectX と OpenGL の対応、FourCC

• Pt = Partition
• DI = Dual Plane

• FourCC : 'ATC ', 'ATCA', 'ATCI', 'ETC1', '3DC1', '3DC2' は Adreno SDK の Document に記載。'PTC2', 'PTC4' は PVRTexTool が生成する
• FourCC についてはこちら DDS フォーマットの詳細解説

OpenGL ES 2.0 GPU では今のところ完全に共通で使える圧縮テクスチャフォーマットがありません。 各メーカーバラバラの対応となっています。

OpenGL ES 3.0 以降は iOS/Android 共に ETC2/EAC が共通で使える圧縮フォーマットになっています。

1. Android 向け GPU では ETC1 が唯一の共通フォーマットとなります。
   • Android OS 2.2 (Froyo) では Java に ETC1 の API も追加されています。
2. iOS では PVRTC が共通フォーマットになります。
3. ETC2 は ETC1 の上位互換性を保っているので、ETC2 対応 GPU は ETC1 も使用できます。
4. OpenGL ES 3.0 以上では iOS/Android どちらでも ETC2/EAC を利用することができます。

GPU 毎の用途別圧縮フォーマット

• BC1/BC2/BC3/BC4/BC5/DXT1/DXT3/DXT5
  • Block Compression (Direct3D 10)

• Khronos ETC1
• Khronos RGTC
• Khronos LATC
• Khronos BPTC
• Khronos ASTC LDR

• es_spec_3.0.0.pdf ETC2

• 圧縮アルゴリズムの解説記事など

block 単位に代表色 (end point) とその補間値を持つ方法では急激な色の変化を表現することが苦手です。 それを克服するための方法の一つがパーティション分割です。

block をエリアに分けて、それぞれのエリアごとに代表色 ( end point ) と補間値のセットを持つことができます。

分割方法はプリセットで組み込まれており、64種類、4096種類などアルゴリズムによって異なります。 この中から画像に合わせて最適な分割パターンを選びます。

分割パターン数は限られていること、 カラー値 (endpoint) のセットを複数用意しなければならないため、その他の情報が削られる傾向にあるなど それなりにトレードオフが発生します。 またパーティション数が増えるほど圧縮時間がかかります。

• partition = 複数の endpoint セットを持つこと
• dual plane = 複数の index セットを持つこと

カラー値とアルファ値、ノーマルマップの X 値と Y 値など、データによっては関連性のない、独立性の高い値が含まれていることがあります。

単一の index では限界があるので、複数の index set を持つことができます。 代表的な用途はこの 2種類です。

• カラー値とアルファ値の分離を高める
• ノーマルマップ圧縮の精度を高める

例えば DXT5 では、カラー用に endpoint を 565 で 2個、アルファ用に 8bit を 2個含んでいます。

DXT5
 Color 64bit
        endopint0 = RGB565    = 16bit
        endpoint1 = RGB565    = 16bit
        index     = 2bit x 16 = 32bit

 Alpha 64bit
        endpoint0 = Alpha8    =  8bit
        endpoint1 = Alpha8    =  8bit
        index     = 3bit x 16 = 48bit

Color と Alpha がそれぞれ個別に index を持っています。 このようなデータ形式が Dual Plane です。

ノーマルマップ向けと言われている 3Dc-XY (RGTC2), LATC2, EAC_RG, BPTC, ASTC はこのような Dual Plane 機能を持っています。

ブロック単位で格納される代表色です。 他の色は、この endpoint を元に生成が行われます。

DXT など多くのフォーマットは 2色の endpoint を持ちます。 Partition 分割をサポートしているフォーマットでは、endpoint セットの数が多くなります。

また特殊な例として、ETC2 では制限付きで 3色の endpoint 補間モードを持っています。 その代わりこの mode には index がありません。

endpoint は 565, 444, 443 などの限られた bit 数で色を保持しなければなりませんが、 展開時は 888 と同等の精度で補間が行われます。 ただし、初期の GPU では 888 より精度が低いものも存在していました。

DXT1 は endpoint の色の並び順で mode 切り替えがあります。 1bit alpha を含んだ 3色モードと alpha 無しの 4色モードが切り替わります。

パレットテクスチャ (Color Look Up Table) は圧縮テクスチャの一種です。 S3TC (DXT) 等のブロック圧縮アルゴリズムが普及する前は、最も多く使われている形式でした。

この方法では画素情報の他に、テクスチャ単位でカラーテーブルが必要となります。

GPU のテクスチャサンプリングは瞬間的に非常に狭い範囲のピクセルに集中しますが、 パレットでは画像全体のグローバルな情報である巨大なカラーテーブルを予めロードしておく必要がありました。 カラーテーブルはアクセスが集中するため、GPU のテクスチャサンプリングでのボトルネックになります。

またプログラマは画像とカラーテーブルの 2つのデータを同時に管理する必要が生じます。

ブロック圧縮テクスチャでは、GPU が必要とする対象の画素情報 64bit だけで必要な色を求めることができます。 64bit だけで周囲 4×4 エリアのキャッシュにもなりますし、 テクスチャユニットはフィルタリングのため 4 pixel 単位でアクセスするため効率的です。

ブロックが独立しているため画像全体で使用出来る色数が制限されません。 複数の画像を 1枚のテクスチャにシート化 (Texture Atlas) しても、ブロックが異なれば全く影響を受けないことになります。(ただし mipmap 時は要注意) 圧縮率も 4bpp でほぼ 16色パレット相当の容量で済みますし、テーブルの分だけ小さくなります。 このように GPU にとって大変都合が良かったのです。

パレットテクスチャは GPU からみてさまざまな面で不利だったので、 ブロック圧縮テクスチャが広まってからはほぼレガシー扱いとなっています。 徐々に扱いが小さくなり、現在の GPU は一部を除いてパレット形式をネイティブでサポートしていません。

そのため古いゲームで多用されたパレットによる色変えやカラーアニメーションは、今の GPU では決して低コストではなくなりました。 シェーダーを使えばパレットテクスチャ相当を再現することができますが、速度的にも劣るし手間がかかるし あまりメリットはありません。

なお S3TC よりも前に、Dreamcast で使われた PowerVR2 では VQ 圧縮テクスチャが登場しています。 パレットと同じように狭いエリアで図形データを辞書として持ち、index 参照を行います。 パレットとブロック圧縮の中間の構造となっています。