Unity3D 3D模型/动画数据压缩详解

前言

在Unity3D项目中，3D模型和动画数据通常占用大量内存和存储空间，有效的数据压缩技术对于提升游戏性能和加载速度至关重要。本文将详细介绍Unity3D中3D模型和动画数据的压缩技术，并提供相关的代码实现。

对惹，这里有一个游戏开发交流小组，希望大家可以点击进来一起交流一下开发经验呀！

一、技术详解

1. 常见的压缩算法

• 信号处理（Signal Processing）：一种较为复杂的压缩方法，适用于特定的信号数据。
• 曲线拟合（Curve Fitting）：通过找到一组函数匹配给定的数据点来实现压缩。压缩率高但解压速度慢，不适合动画数据。
• 线性关键值化简（Linear Key Reduction）：用折线拟合数据点，简单且效果良好，但同样不适合动画数据。
• 关键值量子化（Simple Key Quantization）：通过降低存储精度来实现压缩，简单且效果好。

1. Unity3D中的压缩方法

• Range Reduction：通过减少取值范围来降低精度和压缩存储。例如，肘部骨骼的旋转范围可以从360度减少到120度，从而降低存储需求。
• Uniform Segmenting：将动画clip按照固定帧数进行分区，每个分区进行Range Reduction。
• Constant Tracks：如果某骨骼属性的track是常值或绑定姿态，可以仅用少量比特位表示，以节约存储。
• Quantization：将连续值或大量可能的离散值映射到较少数量的离散值。根据每个track的取值范围，使用更少比特位和更低精度的数进行存储。

1. 顶点数据压缩

• 针对性编码：根据不同数据特征（如位置、法线、颜色等）进行针对性编码。例如，法线、切线这类单位向量可以少存一个分量，颜色可以使用较小的色彩空间。
• 差量转换：利用位置相近、属性相近的特性，将顶点按空间位置排序，进行差量转换，使数值分布在较小值域空间，利用无损算术编码或变长整数压缩整数数据。
• zlib压缩：对经过上述处理的顶点数据进行zlib压缩。

1. 图像和模型压缩技术

• RGBA Compressed：一种有损压缩格式，通过压缩RGBA四个通道的图片来节省存储空间，但可能会降低图片质量。
• DXT（DirectX Texture Compression Format）：由Nvidia开发的纹理压缩格式，显著减小数据体积，提升纹理读取效率，并得到广泛的硬件支持。
• PVRTC（PowerVR Texture Compression）：专为PowerVR系列的图形处理器设计，提供极高的压缩比，节省存储空间和带宽，主要用在iOS设备上。
• ETC（Ericsson Texture Compression）：面向OpenGLES和WebGL的纹理压缩格式，专为Android设备设计，能有效减少图像文件大小并维持相当高的图像质量。
• ASTC（Adaptive Scalable Texture Compression）：由ARM开发的高效纹理压缩格式，支持各种纹理类型和细节级别，提供高度适应的压缩能力。

二、代码实现

1. 顶点数据压缩示例
   由于顶点数据压缩涉及复杂的算法和数学运算，这里仅提供思路，不给出具体代码。但可以通过上述提到的针对性编码、差量转换和zlib压缩等步骤进行实现。
2. 使用ComputeShader实时压缩Render Texture
   以下是一个使用ComputeShader实时压缩Render Texture的示例代码。

	// ComputeShader代码
	#pragma kernel CompressShader
	RWTexture2D<float4> result;
	[numthreads(8, 8, 1)]
	void CompressShader(uint3 id : SV_DispatchThreadID)
	{
	uint2 texSize = result.GetDimensions().xy;
	uint2 texCoord = id.xy;
	float4 pixel = result[texCoord];
	// 压缩算法示例：将RGBA32位像素数据压缩为RGB16位（仅示例，实际压缩算法可能更复杂）
	float r = pixel.r * 255.0f;
	float g = pixel.g * 255.0f;
	float b = pixel.b * 255.0f;
	// 这里仅简单将RGB值乘以255并取整（实际压缩应更精细）
	result[texCoord] = float4(r / 256.0f, g / 256.0f, b / 256.0f, pixel.a);
	}
	// C#代码
	using UnityEngine;
	public class CompressRT : MonoBehaviour
	{
	public ComputeShader compressShader;
	public RenderTexture inputRT;
	public RenderTexture outputRT;
	void Start()
	{
	int kernelHandle = compressShader.FindKernel("CompressShader");
	compressShader.SetTexture(kernelHandle, "result", outputRT);
	compressShader.Dispatch(kernelHandle, outputRT.width / 8, outputRT.height / 8, 1);
	}
	}

注意：上述代码仅为示例，实际压缩算法应更加精细和高效。此外，还需要根据具体需求调整ComputeShader中的压缩算法和参数。

三、总结

Unity3D中3D模型和动画数据的压缩是一个复杂而重要的过程，涉及多种压缩算法和技术。通过选择合适的压缩方法和工具，可以优化加载速度、减少内存占用并提升游戏性能。同时，开发者也需要关注新技术的发展和应用趋势，不断优化和改进压缩策略以适应不断变化的市场需求。

更多教学视频

Unity3D