Metal之基本简介及常用组件说明

简介

在 WWDC 2014 上，Apple为游戏开发者推出了新的平台技术 Metal，该技术能够为 3D 图像提高 10 倍的渲染性能，并支持大家熟悉的游戏引擎及公司。
Metal 是一种低层次的渲染应用程序编程接口，提供了软件所需的最低层，保证软件可以运行在不同的图形芯片上。Metal 提升了 A7 与 A8 处理器效能，让其性能完全发挥。
Metal，充分利用GPU的运算能力，在现阶段，AVFoundation ⼈脸识别等大量需要显示计算的时候，苹果采用了硬件加速器驱动GPU工作，在音视频方面，⾳频编码/解码/视频编码/解码 ->压缩任务 ->都与硬件加速器分不开，苹果提供的Metal，能发挥GPU/CPu的最大性能，并且管理我们的资源。
Metal优点:
低CPU开销;
最佳GPU性能，即metal 能在GPU上发挥最大的性能;
最大限度的提高CPU/GPU 的并发性;
有效的资源管理;

Metal的渲染流程

Metal的渲染流程借鉴了OpenGL ES的流程，它通过控制顶点着色器/片元着色器（Metal里面叫顶点函数/片元函数），交给帧缓冲区，最后显示到屏幕上;
具体流程
通过CPU将顶点数据传递到顶点着色器;
顶点着色器将处理好的顶点进行图元装配;
然后进行光栅化，得到每个像素点的颜色值;
然后将颜色传入片元着色器进行处理;
最后将数据存储到帧缓存区，并显示到屏幕上;
注意:在OpenGL ES中，图元装配有9种，在Metal中，图元装配只有5种，它们分别是:
MTLPrimitiveTypePoint = 0, 点
MTLPrimitiveTypeLine = 1, 线段
MTLPrimitiveTypeLineStrip = 2, 线环
MTLPrimitiveTypeTriangle = 3, 三角形
MTLPrimitiveTypeTriangleStrip = 4, 三角型扇

Metal使用注意

一、Separate Your Rendering Loop

Apple建议我们Separate Your Rendering Loop，即分离渲染，Metal给我们提供了一个View，叫MTKView，它继承自UiView，它主要的渲染是通过MTKViewDelegate协议回调实现，两个重要的协议方法是：

当MTKView视图发生大小改变时调用

     /*@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;

每当视图需要渲染时调用

     /*@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驱动GPU工作

命令缓存区（command buffer）是从命令队列（command queue）创建的
命令编码器（command encoder）将命令编码到命令缓存区中
提交命令缓存区并将其发送到GPU
GPU执行命令并将结果呈现为可绘制

Metal API

一、MTKView

在MetalKit中提供了一个视图类MTKView，类似于GLKit中GLKView，它是NSView（macOS中的视图类）或者UIView（iOS、tvOS中的视图类）的子类。用于处理metal绘制并显示到屏幕过程中的细节。
使用metal时，需要先创建MTKView对象，有两种创建方式:
直接修改storyboard中view的类;
使用init创建;

二、MTLDevice

由于metal是操作GPU的，所以需要获取GPU使用权限，即拿到GPU对象，Metal中提供了MTLDevice协议表示GPU接口，在iOS中一般是通过默认的方式MTLCreateSystemDefaultDevice()获取GPU

self.view.device = MTLCreateSystemDefaultDevice();

metal的使用必须使用真机，且必须是6s及以上的机型，如果设备不支持mental，将会返回空; 如果想使用多个MTLDevice实例，或者从一个MTLDevice切换到另一个，则需要为每个MTLDevice创建单独的一组对象。
MTLDevice协议表示可以执行命令的GPU，提供了如下功能:
创建新的命令队列;
从内存分配缓冲区;
创建纹理;
查询设备功能;

三、MTLCommandQueue

在获取了GPU后，还需要一个渲染队列，即命令队列Command Queue类型是MTLCommandQueue，该队列是与GPU交互的第一个对象，队列中存储的是将要渲染的命令MTLCommandBuffer。
队列的获取需要通过MTLDevice对象获取，且每个命令队列的生命周期很长，因此commandQueue可以重复使用，而不是频繁创建和销毁。

_commandQueue = [_device newCommandQueue];

在绘制之前，首先需要配置好MTKView、MTLDevice以及MTLCommandQueue后，其次是准备渲染到屏幕上的数据，即准备缓存数据MTLCommandBuffer，例如顶点数据等。
基本流程
先通过MTLCommandBuffer创建渲染缓存区;
其次通过MTLRenderPassDescriptor创建渲染描述符;
然后再通过创建的渲染缓存区和渲染描述符创建命令编辑器MTLRenderCommandEncoder 进行编码;
最后是结束编码，提交渲染命令，在完成渲染后，将命令缓存区提交至GPU;

四、MTLCommandBuffer

命令缓存区 Command Buffer主要是用于存储编码的命令，其生命周期是知道缓存区被提交到GPU执行为止，单个的命令缓存区可以包含不同的编码命令，主要取决于用于构建它的编码器的类型和数量。
命令缓存区的创建可以通过调用MTLCommandQueue的commandBuffer方法，且command buffer对象的提交只能提交至创建它的MTLCommandQueue对象中。
commandBuffer在未提交命令缓存区之前，是不会开始执行的，提交后，命令缓存区将按其入队的顺序执行，commandBuffer的提交方式有以下两种，不同的提交方式表示不同的执行顺序:
① enqueue：顺序执行，enqueue方法在命令队列中为命令缓存区保留一个位置，此时并未提交命令缓存区，当最终提交命令缓存区后，按照命令队列的顺序依次执行;
② commit：插队尽快执行，如果前面有commit还是需要排队等待;

五、MTLRenderCommandEncoder

① MTLRenderCommandEncoder表示单个渲染过程中相关联的渲染状态和渲染命令，主要功能如下：

指定图形资源，例如缓存区和纹理对象，其中包含顶点、片元、纹理图片数据;
指定一个MTLRenderPipelineState对象，表示编译的渲染状态，包含顶点着色器和片元着色器的编译&链接情况;
指定固定功能，包括视口、三角形填充模式、剪刀矩形、深度、模板测试以及其它值
绘制3D图元;

② 在创建commandEncoder之前，需要先创建渲染描述符MTLRenderPassDescriptor，渲染描述符通过MTKView的currentRenderPassDescriptor获取

MTLRenderPassDescriptor *renderPassDescriptor = view.currentRenderPassDescriptor;

③ 然后通过commandBuffer结合渲染描述符创建命令编辑器

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

④ 使用渲染命令编码器执行渲染的过程

通过调用MTLCommandBuffer对象的makeRenderCommandEncoder（descriptor :)方法来创建MTLRenderCommandEncoder对象。
调用setRenderPipelineState（_ :)方法以指定MTLRenderPipelineState，该状态定义图形渲染管道的状态，包括顶点和片段函数。
指定用于顶点和片元函数输入和输出的资源，并在对应的参数中设置每个资源的位置（即索引），即将顶点数据等通过commandEncoder调用setVertexBytes:length:atIndex:函数传递到metal文件的顶点着色器和片元着色器函数
指定其他的固定功能状态，例如通过commandEncoder调用setViewport:函数设置视口大小等。
绘制图形。
调用endEncoding（）方法以终止渲染命令编码器。

Metal之基本简介及常用组件说明相关推荐

ReactNative简介、开发环境、调试、常用组件、useState状态、FlatList组件、SectionList组件、Platform 模块、定义样式、图片组件、触摸事件、打包apk发布版
ReactNative简介: ReactNative是基于React语法来进行开发移动app的框架: ReactNative中提供了移动端专用的一些组件,我们要使用ReactNative固有的组件代替 ...
【uni-app教程】UniAPP 常用组件和常用 API 简介# 知心姐姐聊天案例
五.UniAPP 常用组件简介 uni-app 为开发者提供了一系列基础组件,类似 HTML 里的基础标签元素,但 uni-app 的组件与 HTML 不同,而是与小程序相同,更适合手机端使用. 虽然 ...
TALEND 常用组件简介
TALEND 常用组件简介 tJava 组件 tJava 组件使用java语言定义变量空白处编写java代码,如图: 创建了一个字符串变量,变量名为"foo",变量值为" ...
大数据生态圈常用组件（二）：概括介绍、功能特性、适用场景
三更灯火五更鸡,正是男儿读书时. 小编整理了一些常用的大数据组件,使用场景及功能特性,希望对后浪有所帮助. 分类名称简介功能特点使用场景大数据存储 HDFS HDFS是一个分布式的文件系统, ...
SpringCloud五大常用组件
一.SpringCloud简介 SpringCloud是微服务架构的集大成者,将一系列优秀的组件进行了整合.通过一些简单的注解,我们就可以快速的在应用中配置一下常用模块并构建庞大的分布式系统. Spr ...
java 熔断器模式_微服务架构熔断器机制的概念以及常用组件类型
熔断器机制是我们在学习微服务编程开发的时候需要重点掌握的一个编程技术知识点,而今天我们就通过案例分析来了解一下,熔断器机制的概念以及常用组件类型都有哪些. 所谓熔断器机制,即类似电流的保险器,当然电压 ...
网站搭建时常用组件及样式
网站搭建时常用组件及样式前言一.CSS 1.div圆角 2.边框阴影 3.div水平分布 4.div水平分布自动换行 5.Transform 6.文本两端对齐 7.针对于不同屏幕大小的样式 7.1 ...
微信小程序一小程序的创建、宿主环境、常用组件、开发上线等
小程序简介 1. 小程序与普通网页开发的区别运行环境不同网页运行在浏览器环境中小程序运行在微信环境中 API 不同由于运行环境的不同,所以小程序中, 无法调用 DOM 和 BOM 的 API. ...
微信小程序（json文件作用、WXML模板、宿主环境、通信模型、运行机制、常用组件、宿主API、协同工作和发布）
简介黑马程序员视频学习记录视频链接:黑马程序员前端微信小程序开发教程,微信小程序从基础到发布全流程_企业级商城实战文章目录简介 ---- json文件的作用 ---- 1. app.json ...