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S3 - Texturkompression


1998 bescherte uns einige neue Features wie Bump Mapping, Anisotropic Filtering und Single-Pass Dual-Texturing. Ein weiteres hochgelobtes Feature ist Texturkompression, welche erstmals in Direct X 6.0 angeboten wurde. Es gibt verschiedenste Varianten von Texturkompression, Microsoft lizenzierte für ihr API einen Algorithmus von S3, genannt S3TC ("S3 Texture Compression"). Ob es S3's lobbying und der Geldbeutel, oder die technische Überlegenheit des Verfahrens war, welches Microsoft überzeugen konnte, entzieht sich unserer Kenntnis. Der S3-eigene Chip Savage3D sowie der Savage4 beherrscht dieses Feature zur Zeit, ATis Rage 128 PRO , Bitboys' Glaze3D und weitere werden folgen.

Wieso sollten wir uns für Texturkompression interessieren? Texturkompression verringert die nötige Bandbreite und führt dazu, dass mehr Texturen im lokalen Speicher der Grafikkarte Platz finden, so dass das lästige Textureswapping über den AGP oder den PCI-Bus verringert werden kann

Vor Jahren versuchte man Texturen klein zu halten, indem man sie als 8bit-Texturen (=256 Farben), 555 (5 bits pro Grundfarbe) oder 565 (5 bits für Rot und Blau, 6 bit fürs Grün) speicherte und tiefe Auflösungen verwendete. All diese Methoden führten dazu, dass die Qualität der Texturen recht stark darunter litt. Heute macht es natürlich nicht viel Sinn, Texturen mit nur 256 Farben zu verwenden. Mit diesen Gedanken im Hinterkopf, machten sich die Ingenieure daran, einen komplexen Algorithmus zur Texturkompression zu entwickeln, welchen sie auch relativ preiswert auf ihre Hardware pflanzen konnten. Der S3TC kann Texturen mit entsprechender Hardware in Echtzeit, d.h. ohne spürbare Leistungseinbusse komprimieren und dekomprimieren, ähnlich einem Echtzeit JPEG-De-/Encoder.

 

Die Funktionsweise

Ein 3D-Chip muss die Textur zum Rendern in Bitmap-ähnlicher Form, d.h. Pixel-für-Pixel erhalten. Man kann den nicht einfach so mit einer JPEG-Textur füttern. S3TC funktioniert so, dass die Texturen komprimiert im Speicher liegen und der Chip sie, bevor er sie rendert, wieder dekomprimiert. D.h. das Speicherinterface wird entlastet, da die grossen Datenmengen nur im Chip selbst umhergeshippt werden, dort wo die Bandbreite sowieso praktisch unbegrenzt zur Verfügung steht.

 

S3TC funktioniert folgendermassen. Eine Textur wird in viele 4x4-Texel aufgeteilt, wobei jedes dieser Texel mit 2 bits beschrieben wird, d.h. die 4x4-Matrix benötigt 32 bits. Zusätzlich wird jeder Block noch mit 2 16bit - Farben (RGB565) versehen. Der S3TC-Algorithmus bildet nun aus diesen beiden Wertegruppen und zwei weiteren über die ersten Werte interpolierten Farbwerte eine sogenannte "Color Look-Up-Table" (CLUT). Diese CLUT wird dazu verwendet, die richtigen Farbwerte des jeweiligen Texel in der Matrix zu bestimmen.Insgesamt benötigen die 16 Texel der Matrix nun 64 bit, d.h. durchschnittlich nur 4 bit pro Pixel. Bei Transparenzeffekten kommen weitere 64 bits dazu.

 

 

Was bringt's?

S3TC verringert die Texturgrösse ungefähr um 50-80%, je nach Bild. Die Qualität des komprimierten Bildes ist für diese Kompressionsrate erstaunlich gut. Interessant ist zu beobachten, wielange es in Software dauert, bis Photoshop das Bild konvertiert hat. Vielleicht hat S3 absichtlich ein bisschen ineffizenten Plugin-Code geschrieben. Einige Quellen vermelden, der Plug-In-Code sei auf gute Qualität ausgelegt, die hardwareversion viel mehr auf low-quality und high-speed. Dann wäre allerdings der Sinn eines solchen Plug-ins nicht sehr gross. Mein Versuch mit dem Plug-In ergab folgendes Ergebnis: Das ursprüngliche Bild war 901 KB gross. Nach der Kompression war es noch 201 KB, was einer Reduktion von 77,7 % entspricht. Ich würde lügen, wenn ich sagen würde, man merke keinen Unterschied. Im Gegensatz zum herkömlichen 8-bit-Modus, wo das Bild immer noch 302 KB benötigt, ist der Gesammteindruck allerdings einiges besser.

 

 

Wann kommt S3TC zum Einsatz?

Es ist nicht richtig, das einfach sämtliche DX6-Spiele komprimierte Texturen verwenden, welche dann der Software-Encoder bei 3D-Karten ohne S3TC dekomprimieren muss. DirectX bietet verschieden Modi an. Normalerweise werden Texturen einfach geladen, wobei dann bei der jeweiligen Textur angegeben werden kann, ob sie komprimiert werden soll oder nicht. DX6 bietet allerdings auch die Möglichkeit, automatisch alle Texturen zu komprimieren. Es kommt also auf die Entwickler an, welche Möglichkeit sie nutzen. S3TC kann man auch auf dynamisch veränderbare Texturen anwenden, allerdings ist man dabei schon etwas eingeschränkt, da man an der CLUT rumbasteln muss etc. Nicht zuletzt benötigt dies eine gute Kenntnis des Algorithmus.

www.3dconcept.net

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