簡介

• 在 WWDC 2014 上，Apple為游戲開發者推出了新的平臺技術 Metal，該技術能夠為 3D 圖像提高 10 倍的渲染性能，并支持大家熟悉的游戲引擎及公司。
• Metal 是一種低層次的渲染應用程序編程接口，提供了軟件所需的最低層，保證軟件可以運行在不同的圖形芯片上。Metal 提升了 A7 與 A8 處理器效能，讓其性能完全發揮。
• Metal，充分利用GPU的運算能力，在現階段，AVFoundation ?臉識別等大量需要顯示計算的時候，蘋果采用了硬件加速器驅動GPU工作，在音視頻方面，?頻編碼/解碼/視頻編碼/解碼 ->壓縮任務 ->都與硬件加速器分不開，蘋果提供的Metal，能發揮GPU/CPu的最大性能，并且管理我們的資源。
• Metal優點:
  低CPU開銷;
  最佳GPU性能，即metal 能在GPU上發揮最大的性能;
  最大限度的提高CPU/GPU 的并發性;
  有效的資源管理;
  

Metal的渲染流程

• Metal的渲染流程借鑒了OpenGL ES的流程，它通過控制頂點著色器/片元著色器（Metal里面叫頂點函數/片元函數），交給幀緩沖區，最后顯示到屏幕上;
• 具體流程
  通過CPU將頂點數據傳遞到頂點著色器;
  頂點著色器將處理好的頂點進行圖元裝配;
  然后進行光柵化，得到每個像素點的顏色值;
  然后將顏色傳入片元著色器進行處理;
  最后將數據存儲到幀緩存區，并顯示到屏幕上;
  
• 注意:在OpenGL ES中，圖元裝配有9種，在Metal中，圖元裝配只有5種，它們分別是:
  MTLPrimitiveTypePoint = 0, 點
  MTLPrimitiveTypeLine = 1, 線段
  MTLPrimitiveTypeLineStrip = 2, 線環
  MTLPrimitiveTypeTriangle = 3, 三角形
  MTLPrimitiveTypeTriangleStrip = 4, 三角型扇

Metal使用注意

一、Separate Your Rendering Loop

Apple建議我們Separate Your Rendering Loop，即分離渲染，Metal給我們提供了一個View，叫MTKView，它繼承自UiView，它主要的渲染是通過MTKViewDelegate協議回調實現，兩個重要的協議方法是：

• 當MTKView視圖發生大小改變時調用

/*@method mtkView:drawableSizeWillChange:@abstract Called whenever the drawableSize of the view will chang@discussion Delegate can recompute view and projection matricies or regenerate any buffers to be compatible with the new view size or resolution@paramviewMTKView which called this method@paramsizeNew drawable size in pixels*/- (void)mtkView:(nonnull MTKView *)view drawableSizeWillChange:(CGSize)size;

• 每當視圖需要渲染時調用

/*@method drawInMTKView:@abstract Called on the delegate when it is asked to render into the view@discussion Called on the delegate when it is asked to render into the view*/- (void)drawInMTKView:(nonnullMTKView*)view;

二、Metal驅動GPU工作

• 命令緩存區（command buffer）是從命令隊列（command queue）創建的
• 命令編碼器（command encoder）將命令編碼到命令緩存區中
• 提交命令緩存區并將其發送到GPU
• GPU執行命令并將結果呈現為可繪制

Metal API

一、MTKView

• 在MetalKit中提供了一個視圖類MTKView，類似于GLKit中GLKView，它是NSView（macOS中的視圖類）或者UIView（iOS、tvOS中的視圖類）的子類。用于處理metal繪制并顯示到屏幕過程中的細節。
• 使用metal時，需要先創建MTKView對象，有兩種創建方式:
  直接修改storyboard中view的類;
  使用init創建;

二、MTLDevice

• 由于metal是操作GPU的，所以需要獲取GPU使用權限，即拿到GPU對象，Metal中提供了MTLDevice協議表示GPU接口，在iOS中一般是通過默認的方式MTLCreateSystemDefaultDevice()獲取GPU

self.view.device = MTLCreateSystemDefaultDevice();

• metal的使用必須使用真機，且必須是6s及以上的機型，如果設備不支持mental，將會返回空; 如果想使用多個MTLDevice實例，或者從一個MTLDevice切換到另一個，則需要為每個MTLDevice創建單獨的一組對象。
• MTLDevice協議表示可以執行命令的GPU，提供了如下功能:
  創建新的命令隊列;
  從內存分配緩沖區;
  創建紋理;
  查詢設備功能;

三、MTLCommandQueue

• 在獲取了GPU后，還需要一個渲染隊列，即命令隊列Command Queue類型是MTLCommandQueue，該隊列是與GPU交互的第一個對象，隊列中存儲的是將要渲染的命令MTLCommandBuffer。
• 隊列的獲取需要通過MTLDevice對象獲取，且每個命令隊列的生命周期很長，因此commandQueue可以重復使用，而不是頻繁創建和銷毀。

_commandQueue = [_device newCommandQueue];

• 在繪制之前，首先需要配置好MTKView、MTLDevice以及MTLCommandQueue后，其次是準備渲染到屏幕上的數據，即準備緩存數據MTLCommandBuffer，例如頂點數據等。
• 基本流程
  先通過MTLCommandBuffer創建渲染緩存區;
  其次通過MTLRenderPassDescriptor創建渲染描述符;
  然后再通過創建的渲染緩存區和渲染描述符創建命令編輯器MTLRenderCommandEncoder 進行編碼;
  最后是結束編碼，提交渲染命令，在完成渲染后，將命令緩存區提交至GPU;

四、MTLCommandBuffer

• 命令緩存區 Command Buffer主要是用于存儲編碼的命令，其生命周期是知道緩存區被提交到GPU執行為止，單個的命令緩存區可以包含不同的編碼命令，主要取決于用于構建它的編碼器的類型和數量。
• 命令緩存區的創建可以通過調用MTLCommandQueue的commandBuffer方法，且command buffer對象的提交只能提交至創建它的MTLCommandQueue對象中。
• commandBuffer在未提交命令緩存區之前，是不會開始執行的，提交后，命令緩存區將按其入隊的順序執行，commandBuffer的提交方式有以下兩種，不同的提交方式表示不同的執行順序:
  ① enqueue：順序執行，enqueue方法在命令隊列中為命令緩存區保留一個位置，此時并未提交命令緩存區，當最終提交命令緩存區后，按照命令隊列的順序依次執行;
  ② commit：插隊盡快執行，如果前面有commit還是需要排隊等待;

五、MTLRenderCommandEncoder

① MTLRenderCommandEncoder表示單個渲染過程中相關聯的渲染狀態和渲染命令，主要功能如下：

• 指定圖形資源，例如緩存區和紋理對象，其中包含頂點、片元、紋理圖片數據;
• 指定一個MTLRenderPipelineState對象，表示編譯的渲染狀態，包含頂點著色器和片元著色器的編譯&鏈接情況;
• 指定固定功能，包括視口、三角形填充模式、剪刀矩形、深度、模板測試以及其它值
  繪制3D圖元;

② 在創建commandEncoder之前，需要先創建渲染描述符MTLRenderPassDescriptor，渲染描述符通過MTKView的currentRenderPassDescriptor獲取

MTLRenderPassDescriptor *renderPassDescriptor = view.currentRenderPassDescriptor;

③ 然后通過commandBuffer結合渲染描述符創建命令編輯器

id<MTLRenderCommandEncoder> renderEncoder = [commandBuffer renderCommandEncoderWithDescriptor:renderPassDescriptor];

④ 使用渲染命令編碼器執行渲染的過程

• 通過調用MTLCommandBuffer對象的makeRenderCommandEncoder（descriptor :)方法來創建MTLRenderCommandEncoder對象。
• 調用setRenderPipelineState（_ :)方法以指定MTLRenderPipelineState，該狀態定義圖形渲染管道的狀態，包括頂點和片段函數。
• 指定用于頂點和片元函數輸入和輸出的資源，并在對應的參數中設置每個資源的位置（即索引），即將頂點數據等通過commandEncoder調用setVertexBytes:length:atIndex:函數傳遞到metal文件的頂點著色器和片元著色器函數
• 指定其他的固定功能狀態，例如通過commandEncoder調用setViewport:函數設置視口大小等。
• 繪制圖形。
• 調用endEncoding（）方法以終止渲染命令編碼器。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Metal之基本简介及常用组件说明的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。