在 2D 遊戲中，圖片一向在消耗的記憶體中占用最大的比例。尤其在記憶體資源寶貴的行動裝置上，為了減少記憶體使用量，縮減圖片的大小常常是最有效的方法。
大部份的遊戲會使用材質壓縮 (texture compression) 來縮小圖片的記憶體用量，而在這篇文章中，我會介紹另一種方法：使用 RGBA4444 的材質格式，並配合 dithering 維持圖片品質。
關於圖片壓縮
一般我們常用的圖片格式是 JPEG 或 PNG，這兩種都是已經壓縮過的圖片格式，而且壓縮率算是相當好。然而它們所使用的壓縮演算法並不適用在即時繪圖的場合中，因此當遊戲引擎要畫出 JPEG 或 PNG 圖檔時，會先把每個像素解壓縮至記憶體中，而無法節省記憶體空間。
為了解決圖片占用過多記憶體的問題，顯示卡晶片廠商提供了材質壓縮的功能。只要在記憶體中存入特定格式的壓縮圖片，顯示卡晶片可以在取出像素的同時動態解壓縮，而不需要把整張圖片解壓縮，這麼一來就可以節省空間了。
在行動裝置上，常見的材質壓縮格式如下：
- ETC1：OpenGL ES 2.0 標準所規定的壓縮格式，不支援 alpha channel，但幾乎所有裝置都支援這種格式。
- DXT：桌機或遊戲機上常用的壓縮格式，由 NVIDIA 的 Tegra 晶片使用。
- ATITC：由 ATI 提出的壓縮格式，由 Qualcomm 的 Adreno 晶片使用。
- PVRTC：由 Imagination Technologies 提出的壓縮格式，主要由 PowerVR 的晶片使用。（iPhone/iPad 或 PS Vita 都使用 PowerVR 的顯示晶片）
使用材質壓縮可以有效地縮減記憶體用量，其壓縮率達 1/4 至 1/8 之間。但這並非完美的解決方案，其問題如下：
- ETC1 不支援透明度，但透明度在遊戲中極為重要，因此需要偵測顯示晶片的支援能力，載入不同格式的壓縮圖片，而這在某些遊戲引擎中非常麻煩（對，我說的就是 Unity）。
- 雖然在 iOS 上可以統一使用 PVRTC 這個格式，但 PVRTC 對於有透明度的圖片所造成的破壞又特別嚴重。下面右圖為使用 PVRTC 的例子，點開原圖即可發現邊緣有明顯的雜訊。
- 有些平台會因為專利因素無法支援材質壓縮，比如說 PlayStation®Mobile。
| 原圖 | PVRTC |
|---|---|
 |
 |
所幸，當材質壓縮遇到困難時，我們還有一些別的方法。
使用 RGBA4444
然而為了節省記憶體空間，繪圖 API 通常提供了 RGBA4444 這種材質格式－－每個色彩通道僅使用 4bit 來儲存資料，占用的記憶體即為原本 8bit 的一半。
在 Unity 中，只要選取一張圖片，即可設定它的材質格式。然而，若直接設定為「RGBA 16 bit」，雖然占用空間減為一半，但會出現明顯的顏色誤差。這現象在鉛筆頂面尤其明顯，因為人眼的感光細胞對綠色特別敏感，很容易就發現原本的漸層色都跑掉了，變成一階一階的綠色。
| 原圖 | RGBA 16-bit |
|---|---|
|
 |
我們可以用 dithering 來消除這種現象。
Dithering
Dithering 意指把不同顏色的像素交錯排列以營造出混色的錯覺。在以往記憶體極小，螢幕顯示色數又只有 256 甚至 16 色的時代，遊戲幾乎都會使用 dithering 提高畫面的品質。右圖就是 dithering 的例子，這張圖片只用了黑百兩色，但運用交錯排列的效果營造出灰色漸層的錯覺。
我們可以應用同樣的原理來處理圖片，我這邊使用的是 GIMP 這套強大的影像軟體，搭配 16-bit dither script 外掛。這些工具都可以免費下載使用。
安裝好之後，使用 GIMP 打開圖片檔，選擇「圖片」→「模式」→「Dither to ARGB4444」即可進行 dithering。處理後的圖片如下：
| 原圖 | RGBA 16-bit Dithered |
|---|---|
|
 |
經過 dithering 後的圖片和原始圖幾乎看不出差異了，而占用的空間也能縮減至一半。
結語
原則上，若材質壓縮沒有太大的問題時，就應該使用材質壓縮，因為它能最有效地節省記憶體。然而遇到跨平台或是需要 alpha channel 時，使用 RGBA4444 搭配 dithering 則是很優秀的方案，尤其現在 retina display 相當流行，因為在 ppi 超過 300 的螢幕上幾乎看不到 dithering 的顆粒，它看起來和原始圖片是一模一樣的。