纹理是GPU编程中最常见的资源类型之一，因此针对纹理，我们可以有很多优化的方式。无论是哪种优化方式，都会基于以下核心思路：
（1）显存减少
（2）带宽降低
（3）缓存友好
（4）采样次数减少
以上几点并不是完全独立的概念。比如当我们降低贴图尺寸的时候，首先最直观的是我们降低了显存占用；当显存占用降低时，传输的数据量就会减少，带宽压力就会变小；此外，显存越小，缓存命中率也会更高。
另一方面，纹理有多种类型，在优化过程中，我们可以将其概述为两类，一类是美术资产，另一类是程序创建的纹理，针对这两种不同类型的纹理，我们有不同的优化策略。
纹理占用
纹理优化一方面的思路就是从纹理本身下手。
① 制定美术纹理资源大小格式标准。纹理分辨率并不是越大越好的，它受限于纹理采样的屏幕大小；
② 对效果影响不大的情况下，可以选择降低一些Render Target的分辨率，比如一些后处理或粒子绘制；
③ 对纹理进行压缩处理。对于美术纹理，一般会使用常见的几个块状压缩算法，通过CPU压缩，并在GPU中解压并读取，因为是按块压缩，所以解压时也只需要按所需块解压即可。这通常需要硬件支持解压。同时，硬件可能也会支持FrameBuffer的自动压缩。
纹理mipmap
从信号学的角度来看，为了不失真地恢复信号，采样频率应该大于模拟信号最高频率的2倍。纹理信息虽然本身并不是模拟信号，但纹理采样和信号采样也具有一定的相似之处。当我们以较低频率去采样高频纹理时，由于采样的像素是不连续的，就有可能出现失真的现象。
所谓的“较低频率”采样往往发生在离相机较远的物体上，采样的不连续可能会导致：
① 静态效果存在失真
② 运动时会发生闪烁
③ 缓存命中率低
为了解决这个问题，我们引入了mipmap的机制，即多级渐远纹理，也就是在原纹理的基础上，生成一系列纹理，每个纹理是前一个纹理大小的1/2，这些系列纹理一般是算法自动生成的。
引入mipmap后：
① 内存占用会增加，且理论上不会超过原来的2倍，但通过纹理池流式加载优化后可以降低内存占用；
② 带宽压力理论上会减小，因为原本需要传输高精度纹理，现在只需要传输低精度纹理；
③ 采样纹理时会在一系列纹理中选择合适大小的纹理进行采样，选择的策略包含如下几种：
（1）使用最邻近的多级渐近纹理采样；
（2）在两个最接近像素大小的多级渐远纹理间进行线性插值；
选择线性插值的方式，运动时闪烁的现象就会得到优化，但采样次数会增加。
在生成mipmap纹理时，如果单纯使用简单的降采样，在效果上和不做mipmap就没有太多差距。一般而言，会有多种压缩方式，包括锐化/模糊多种不同类型的压缩。
因此，除了一些和相机位置无关的纹理贴图（比如天空盒），绝大多数纹理都应该默认生成mipmap。
纹理过滤
纹理坐标是分布在(0,1) 之间的值。这是一个与分辨率无关的值，因此uv坐标和像素是无法一一对应的，我们面临着究竟应该采样哪个像素的问题。
通常有以下两种采样方式：
（1）邻近过滤
（2）线性过滤
在实际采样中，我们可能遇到屏幕纹理像素大于或者小于实际纹理像素的情况。我们可以为这两种不同的情况指定不同的纹理过滤形式。
当物体表面倾斜（三角形法线和视线接近垂直）时，由于uv坐标的变化率有较大差异，使用传统的双线性纹理采样会出现失真的现象。
为了解决这一问题，我们可以使用各向异性采样过滤技术，对最大变化方向会采样更多的纹理。我们可以指定采样的品质，品质越高，采样的次数也会越多。
当我们在shader中调用一次纹理采样的接口时，根据我们纹理过滤的策略不同，底层可能执行了不同次数的纹理采样。如下所示：
| 纹理过滤 | 采样次数 |
| 最邻近采样 | 1 |
| 双线性采样 | 4 |
| 三线性采样 | 8 |
| 各向异性采样 1X | 8 |
| 各向异性采样 2X | 16 |
| 各向异性采样 4X | 32 |
| 各向异性采样 8X | 64 |
| 各向异性采样 16X | 128 |
可以看到三线性采样和各向异性采样消耗非常大，如果不是特别有必要，应该尽量避免使用。
纹理采样和绑定
① 贴图合通道
为了尽可能减少采样次数和绑定次数，利用所有贴图通道，可以把把访问时具有关联性的数据存放到一起。
比如原先是1个2通道的纹理和2个1通道的纹理，可以合并为一张纹理。
法线通常压缩为2通道存储。
没有用到alpha通道的纹理存储为RGB，而不是RGBA。
② 使用Texture Array / Bindless Texture/Texture Altas
这两者主要是优化纹理的绑定次数，可以把多张贴图打包到一个图集，texturearray会限制大小和格式一致。但采样的时候还是需要单独采样的。
③ 减少贴图使用
一些可以用数学计算得到的效果可以不使用纹理；
如果一张纹理可以通过另一张纹理的简单计算得到，则不需要两张纹理；
如果可以用多张小纹理混合能够表达比较丰富的效果，就不要采样整体烘焙的形式，比如地形；
概括来说，就是尽可能使用程序化制作的思路去制作材质，而不是所有东西都靠美术去绘制。
④ 纹理采样的硬件优化
在像素着色器中，硬件会根据顶点传入的坐标值预加载贴图，因此读取贴图的效率会很高。但如果使用了其它uv坐标，就等于没有用到这个优化。
纹理与Buffer
考虑到纹理通常是块状存储，Buffer通常是线性存储。为了能够更好地命中缓存，应该根据实际使用情况选择纹理或者Buffer来存储数据。
纹理通常用于存储美术纹理资产，Buffer通常用于存储不应压缩的数据信息。
本文摘自：CSDN博主「ZJU_fish1996」的原创文章《[引擎开发] 深入GPU和渲染优化（基础篇）》，遵循CC 4.0 BY-SA版权协议，转载请附上原文出处链接及本声明。
原文链接：https://blog.csdn.net/ZJU_fish1996/article/details/109269448
