แปลง รูปภาพใด ๆ เป็น DXT1

รูปแบบการบีบอัด DXT1 ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของตระกูล DirectX Texture (DirectXTex) เป็นก้าวกระโดดที่สำคัญในเทคโนโลยีการบีบอัดภาพที่ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับกราฟิกคอมพิวเตอร์ เป็นเทคนิคการบีบอัดแบบสูญเสียที่สร้างสมดุลระหว่างคุณภาพของภาพกับความต้องการพื้นที่จัดเก็บ ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับแอปพลิเคชัน 3 มิติแบบเรียลไทม์ เช่น เกม ซึ่งทั้งพื้นที่ดิสก์และแบนด์วิดท์เป็นสิ่งที่มีค่า ในแกนหลัก รูปแบบ DXT1 จะบีบอัดข้อมูลพื้นผิวให้มีขนาดเล็กลงกว่าขนาดเดิมโดยไม่ต้องใช้การคลายการบีบอัดแบบเรียลไทม์ จึงช่วยลดการใช้หน่วยความจำและเพิ่มประสิทธิภาพการทำงาน

DXT1 ทำงานบนบล็อกของพิกเซลมากกว่าพิกเซลแต่ละพิกเซลโดยเฉพาะ โดยจะประมวลผลบล็อกพิกเซลขนาด 4x4 และบีบอัดแต่ละบล็อกให้เหลือ 64 บิต วิธีการนี้คือการบีบอัดแบบแบ่งบล็อก ซึ่งเป็นสิ่งที่ทำให้ DXT1 สามารถลดปริมาณข้อมูลที่จำเป็นในการแสดงภาพได้อย่างมาก สาระสำคัญของการบีบอัดใน DXT1 อยู่ที่ความสามารถในการหาสมดุลในการแสดงสีภายในแต่ละบล็อก จึงรักษาไว้ซึ่งรายละเอียดให้ได้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ในขณะที่บรรลุอัตราการบีบอัดสูง

กระบวนการบีบอัดของ DXT1 สามารถแบ่งออกเป็นหลายขั้นตอน ขั้นแรกคือการระบุสองสีภายในบล็อกที่เป็นตัวแทนของช่วงสีโดยรวมของบล็อกมากที่สุด สีเหล่านี้จะถูกเลือกตามความสามารถในการครอบคลุมความแปรผันของสีภายในบล็อก และจะถูกจัดเก็บเป็นสี RGB 16 บิตสองสี แม้ว่าความลึกของบิตจะต่ำกว่าข้อมูลภาพต้นฉบับ แต่ขั้นตอนนี้ก็ช่วยให้มั่นใจได้ว่าข้อมูลสีที่สำคัญที่สุดจะยังคงอยู่

หลังจากกำหนดสีหลักสองสีแล้ว DXT1 จะใช้สีเหล่านั้นเพื่อสร้างสีเพิ่มเติมอีกสองสี รวมเป็นสีทั้งหมดสี่สีที่จะแสดงทั้งบล็อก สีเพิ่มเติมเหล่านี้จะคำนวณผ่านการแทรกสอดเชิงเส้น ซึ่งเป็นกระบวนการที่ผสมสีหลักสองสีในสัดส่วนที่ต่างกัน โดยเฉพาะ สีที่สามจะถูกสร้างขึ้นโดยการผสมสีหลักสองสีอย่างเท่าๆ กัน ในขณะที่สีที่สี่จะเป็นการผสมที่เน้นสีแรกหรือสีดำล้วน ขึ้นอยู่กับความต้องการความโปร่งใสของพื้นผิว

เมื่อกำหนดสีทั้งสี่แล้ว ขั้นตอนต่อไปคือการแม็ปพิกเซลแต่ละพิกเซลในบล็อก 4x4 ต้นฉบับไปยังสีที่ใกล้เคียงที่สุดในสีที่สร้างขึ้นทั้งสี่ การแม็ปนี้จะทำผ่านอัลกอริทึมเพื่อนบ้านที่ใกล้ที่สุด ซึ่งจะคำนวณระยะห่างระหว่างสีพิกเซลต้นฉบับและสีตัวแทนทั้งสี่ และกำหนดพิกเซลให้กับการจับคู่ที่ใกล้ที่สุด กระบวนการนี้จะทำให้ปริภูมิสีต้นฉบับของบล็อกมีปริมาณเท่ากับสีที่แตกต่างกันสี่สี ซึ่งเป็นปัจจัยสำคัญในการบรรลุการบีบอัดของ DXT1

ขั้นตอนสุดท้ายในกระบวนการบีบอัด DXT1 คือการเข้ารหัสข้อมูลการแม็ปสีพร้อมกับสีต้นฉบับสองสีที่เลือกไว้สำหรับบล็อก สีต้นฉบับสองสีจะถูกจัดเก็บโดยตรงในข้อมูลบล็อกที่บีบอัดเป็นค่า 16 บิต ในขณะเดียวกัน การแม็ปของแต่ละพิกเซลไปยังหนึ่งในสี่สีจะถูกเข้ารหัสเป็นดัชนี 2 บิต โดยแต่ละดัชนีจะชี้ไปที่หนึ่งในสี่สี ดัชนีเหล่านี้จะถูกจัดเก็บรวมกันและครอบคลุมบิตที่เหลือของบล็อก 64 บิต บล็อกที่บีบอัดที่ได้จึงมีทั้งข้อมูลสีและการแม็ปที่จำเป็นในการสร้างรูปลักษณ์ของบล็อกใหม่ในระหว่างการคลายการบีบอัด

การคลายการบีบอัดใน DXT1 ได้รับการออกแบบมาให้เป็นกระบวนการที่ตรงไปตรงมาและรวดเร็ว ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับแอปพลิเคชันแบบเรียลไทม์ ความเรียบง่ายของอัลกอริทึมการคลายการบีบอัดช่วยให้สามารถดำเนินการได้โดยฮาร์ดแวร์ในกราฟิกการ์ดสมัยใหม่ ซึ่งจะช่วยลดภาระบน CPU และเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของพื้นผิวที่บีบอัดด้วย DXT1 ในระหว่างการคลายการบีบอัด สีต้นฉบับสองสีจะถูกดึงมาจากข้อมูลบล็อกและใช้ร่วมกับดัชนี 2 บิตเพื่อสร้างสีของแต่ละพิกเซลในบล็อก วิธีการแทรกสอดเชิงเส้นจะถูกนำมาใช้เพื่อหาสีกลางหากจำเป็น

ข้อดีอย่างหนึ่งของ DXT1 คือการลดขนาดไฟล์ลงอย่างมาก ซึ่งอาจมากถึง 8:1 เมื่อเทียบกับพื้นผิว RGB 24 บิตที่ไม่บีบอัด การลดลงนี้ไม่เพียงแต่จะช่วยประหยัดพื้นที่ดิสก์เท่านั้น แต่ยังช่วยลดเวลาในการโหลดและเพิ่มศักยภาพในการเปลี่ยนแปลงพื้นผิวภายในงบประมาณหน่วยความจำที่กำหนด นอกจากนี้ ข้อดีด้านประสิทธิภาพของ DXT1 ไม่ได้จำกัดอยู่แค่การประหยัดพื้นที่จัดเก็บและแบนด์วิดท์เท่านั้น แต่ยังช่วยให้การแสดงผลเร็วขึ้นอีกด้วย โดยการลดปริมาณข้อมูลที่ต้องประมวลผลและถ่ายโอนไปยัง GPU ทำให้เป็นรูปแบบที่เหมาะสำหรับการเล่นเกมและแอปพลิเคชันที่ใช้กราฟิกอย่างหนัก

แม้จะมีข้อดี แต่ DXT1 ก็มีข้อจำกัด ข้อจำกัดที่เห็นได้ชัดที่สุดคือศักยภาพของสิ่งประดิษฐ์ที่มองเห็นได้ โดยเฉพาะในพื้นผิวที่มีคอนทราสต์ของสีสูงหรือรายละเอียดที่ซับซ้อน สิ่งประดิษฐ์เหล่านี้เกิดจากกระบวนการปริมาณและข้อจำกัดของสีสี่สีต่อบล็อก ซึ่งอาจไม่แสดงช่วงสีเต็มของภาพต้นฉบับได้อย่างแม่นยำ นอกจากนี้ ความจำเป็นในการเลือกสีตัวแทนสองสีสำหรับแต่ละบล็อกอาจนำไปสู่ปัญหาแถบสี ซึ่งการเปลี่ยนผ่านระหว่างสีจะกลายเป็นแบบฉับพลันและไม่เป็นธรรมชาติ

ยิ่งไปกว่านั้น การจัดการความโปร่งใสของรูปแบบ DXT1 ยังเพิ่มความซับซ้อนอีกชั้นหนึ่ง DXT1 รองรับความโปร่งใสของอัลฟา 1 บิต ซึ่งหมายความว่าพิกเซลสามารถโปร่งใสได้เต็มที่หรือทึบแสงได้เต็มที่ แนวทางแบบไบนารีนี้ใช้ในการจัดการความโปร่งใสโดยการเลือกหนึ่งในสีที่สร้างขึ้นเพื่อแสดงความโปร่งใส โดยปกติจะเป็นสีที่สี่หากเลือกสีสองสีแรกให้มีลำดับตัวเลขที่กลับกัน แม้ว่าวิธีนี้จะช่วยให้พื้นผิวมีความโปร่งใสในระดับหนึ่ง แต่ก็ค่อนข้างจำกัดและอาจทำให้เกิดขอบที่หยาบรอบๆ บริเวณที่โปร่งใส ทำให้ไม่เหมาะสำหรับเอฟเฟกต์ความโปร่งใสโดยละเอียด

นักพัฒนาที่ทำงานกับพื้นผิวที่บีบอัดด้วย DXT1 มักจะใช้เทคนิคต่างๆ เพื่อลดข้อจำกัดเหล่านี้ ตัวอย่างเช่น การออกแบบพื้นผิวอย่างระมัดระวังและการใช้การกระจายจุดสามารถช่วยลดการมองเห็นของสิ่งประดิษฐ์จากการบีบอัดและแถบสี นอกจากนี้ เมื่อจัดการกับความโปร่งใส นักพัฒนาอาจเลือกใช้แผนที่พื้นผิวแยกต่างหากสำหรับข้อมูลความโปร่งใส หรือเลือกใช้รูปแบบ DXT อื่นๆ ที่มีการจัดการความโปร่งใสที่ละเอียดอ่อนกว่า เช่น DXT3 หรือ DXT5 สำหรับพื้นผิวที่ความโปร่งใสคุณภาพสูงมีความสำคัญ

การนำ DXT1 มาใช้กันอย่างแพร่หลายและการรวมไว้ใน DirectX API เน้นให้เห็นถึงความสำคัญในด้านกราฟิกแบบเรียลไทม์ ความสามารถในการรักษาสมดุลระหว่างคุณภาพและประสิทธิภาพทำให้เป็นสิ่งสำคัญในอุตสาหกรรมเกม ซึ่งการใช้ทรัพยากรอย่างมีประสิทธิภาพมักเป็นสิ่งที่สำคัญ นอกเหนือจากเกม