效果图如下：
Metal加载大量顶点数据.jpeg
在 Metal案例：绘制三角形案例中，顶点数据的存储使用的是数组，当顶点传递时通过
setVertexBytes(_:length:index:)方法，主要是由于绘制三角形时，所需的顶点只有3个，顶点数据很少，所以可以通过数组存储，此时的数据是存储在CPU中的。那当顶点数据很多时，我们如何存储及传递呢？Metal -> MTLBuffer -> 缓存区(存储非常多自定义数据，GPU直接访问 -> 显存) -> 存储顶点数据创建的buffer的目的就是为了将顶点数据存储到顶点缓存区，GPU可以直接访问该缓存区获取顶点数据，并且buffer缓存的数据需要通过
setVertexBuffer(_:offset:index:)方法传递到顶点着色器。
这个案例与Metal案例：绘制三角形 的操作流程也是大致相同的，只需要改动以下几个地方：
- metal文件
- initWithMetalKitView方法中需要加载metal文件是获取顶点数据
- drawInMTKView方法中加载顶点缓冲区数据
1. metal文件
- 定义顶点着色器输出
- 初始化输出剪辑空间位置
- 获取当前顶点坐标的xy：主要是因为绘制的图形是2D的，其z都为0
- 将传入的视图大小转换为
vector_float2二维向量类型- 顶点坐标归一化：可以通过一行代码同时分隔两个通道x和y，并执行除法，然后将结果放入输出的x和y通道中，即从像素空间位置转换为裁剪空间位置
#include <metal_stdlib>
//使用命名空间 Metal
using namespace metal;
// 导入Metal shader 代码和执行Metal API命令的C代码之间共享的头
#import "RenderShaderTypes.h"
// 顶点着色器输出和片段着色器输入
//结构体
typedef struct
{
//处理空间的顶点信息
float4 clipSpacePosition [[position]];
//颜色
float4 color;
} RasterizerData;
//顶点着色函数
vertex RasterizerData
vertexShader(uint vertexID [[vertex_id]],
constant CCVertex *vertices [[buffer(CCVertexInputIndexVertices)]],
constant vector_uint2 *viewportSizePointer [[buffer(CCVertexInputIndexViewportSize)]])
{
/*
处理顶点数据:
1) 执行坐标系转换,将生成的顶点剪辑空间写入到返回值中.
2) 将顶点颜色值传递给返回值
*/
//定义out
RasterizerData out;
//初始化输出剪辑空间位置
out.clipSpacePosition = vector_float4(0.0, 0.0, 0.0, 1.0);
// 索引到我们的数组位置以获得当前顶点
// 我们的位置是在像素维度中指定的.
float2 pixelSpacePosition = vertices[vertexID].position.xy;
//将vierportSizePointer 从verctor_uint2 转换为vector_float2 类型
vector_float2 viewportSize = vector_float2(*viewportSizePointer);
//每个顶点着色器的输出位置在剪辑空间中(也称为归一化设备坐标空间,NDC),剪辑空间中的(-1,-1)表示视口的左下角,而(1,1)表示视口的右上角.
//计算和写入 XY值到我们的剪辑空间的位置.为了从像素空间中的位置转换到剪辑空间的位置,我们将像素坐标除以视口的大小的一半.
out.clipSpacePosition.xy = pixelSpacePosition / (viewportSize / 2.0);
//把我们输入的颜色直接赋值给输出颜色. 这个值将于构成三角形的顶点的其他颜色值插值,从而为我们片段着色器中的每个片段生成颜色值.
out.color = vertices[vertexID].color;
//完成! 将结构体传递到管道中下一个阶段:
return out;
}
//当顶点函数执行3次,三角形的每个顶点执行一次后,则执行管道中的下一个阶段.栅格化/光栅化.
// 片元函数
//[[stage_in]],片元着色函数使用的单个片元输入数据是由顶点着色函数输出.然后经过光栅化生成的.单个片元输入函数数据可以使用"[[stage_in]]"属性修饰符.
//一个顶点着色函数可以读取单个顶点的输入数据,这些输入数据存储于参数传递的缓存中,使用顶点和实例ID在这些缓存中寻址.读取到单个顶点的数据.另外,单个顶点输入数据也可以通过使用"[[stage_in]]"属性修饰符的产生传递给顶点着色函数.
//被stage_in 修饰的结构体的成员不能是如下这些.Packed vectors 紧密填充类型向量,matrices 矩阵,structs 结构体,references or pointers to type 某类型的引用或指针. arrays,vectors,matrices 标量,向量,矩阵数组.
fragment float4 fragmentShader(RasterizerData in [[stage_in]])
{
//返回输入的片元颜色
return in.color;
}
2. initWithMetalKitView方法中需要加载metal文件是获取顶点数据
- 获取GPU设备device
- 设置绘制纹理的像素格式
- 从项目中加载所以的.metal着色器文件
- 配置用于创建管道状态的管道描述符
- 同步创建并返回渲染管线对象
- 获取顶点数据
- 创建命令队列
//初始化
- (instancetype)initWithMetalKitView:(MTKView *)mtkView
{
self = [super init];
if(self)
{
//1.初始GPU设备
_device = mtkView.device;
//2.加载Metal文件
[self loadMetal:mtkView];
}
return self;
}
- (void)loadMetal:(nonnull MTKView *)mtkView
{
//1.设置绘制纹理的像素格式
mtkView.colorPixelFormat = MTLPixelFormatBGRA8Unorm_sRGB;
//2.从项目中加载所有的.metal着色器文件
id<MTLLibrary> defaultLibrary = [_device newDefaultLibrary];
//从库中加载顶点函数
id<MTLFunction> vertexFunction = [defaultLibrary newFunctionWithName:@"vertexShader"];
//从库中加载片元函数
id<MTLFunction> fragmentFunction = [defaultLibrary newFunctionWithName:@"fragmentShader"];
//3.配置用于创建管道状态的管道描述符
MTLRenderPipelineDescriptor *pipelineStateDescriptor = [[MTLRenderPipelineDescriptor alloc] init];
//管道名称
pipelineStateDescriptor.label = @"Simple Pipeline";
//可编程函数,用于处理渲染过程中的各个顶点
pipelineStateDescriptor.vertexFunction = vertexFunction;
//可编程函数,用于处理渲染过程总的各个片段/片元
pipelineStateDescriptor.fragmentFunction = fragmentFunction;
//设置管道中存储颜色数据的组件格式
pipelineStateDescriptor.colorAttachments[0].pixelFormat = mtkView.colorPixelFormat;
//4.同步创建并返回渲染管线对象
NSError *error = NULL;
_pipelineState = [_device newRenderPipelineStateWithDescriptor:pipelineStateDescriptor
error:&error];
//判断是否创建成功
if (!_pipelineState)
{
NSLog(@"Failed to created pipeline state, error %@", error);
}
//5.获取顶点数据
NSData *vertexData = [RenderObject generateVertexData];
//创建一个vertex buffer,可以由GPU来读取
_vertexBuffer = [_device newBufferWithLength:vertexData.length
options:MTLResourceStorageModeShared];
//复制vertex data 到vertex buffer 通过缓存区的"content"内容属性访问指针
/*
memcpy(void *dst, const void *src, size_t n);
dst:目的地
src:源内容
n: 长度
*/
memcpy(_vertexBuffer.contents, vertexData.bytes, vertexData.length);
//计算顶点个数 = 顶点数据长度 / 单个顶点大小
_numVertices = vertexData.length / sizeof(CCVertex);
//6.创建命令队列
_commandQueue = [_device newCommandQueue];
}
3. drawInMTKView方法中加载顶点缓冲区数据
- 为当前渲染的每个渲染传递创建一个新的命令缓冲区
- 创建渲染描述符
- 设置我们绘制的可绘制区域
- 设置渲染管道
- 为了从我们的OC代码找发送数据预加载的MTLBuffer 到我们的Metal 顶点着色函数中
- 开始绘图
- 结束编码，表示已该编码器生成的命令都已完成,并且从NTLCommandBuffer中分离
- 一旦框架缓冲区完成，使用当前可绘制的进度表
- 最后,在这里完成渲染并将命令缓冲区推送到GPU
//每当视图需要渲染帧时调用
- (void)drawInMTKView:(nonnull MTKView *)view
{
//1.为当前渲染的每个渲染传递创建一个新的命令缓冲区
id<MTLCommandBuffer> commandBuffer = [_commandQueue commandBuffer];
//指定缓存区名称
commandBuffer.label = @"MyCommand";
//2. MTLRenderPassDescriptor:一组渲染目标，用作渲染通道生成的像素的输出目标。
//currentRenderPassDescriptor 从currentDrawable's texture,view's depth, stencil, and sample buffers and clear values.
MTLRenderPassDescriptor *renderPassDescriptor = view.currentRenderPassDescriptor;
//判断渲染目标是否为空
if(renderPassDescriptor != nil)
{
//创建渲染命令编码器,这样我们才可以渲染到something
id<MTLRenderCommandEncoder> renderEncoder =
[commandBuffer renderCommandEncoderWithDescriptor:renderPassDescriptor];
//渲染器名称
renderEncoder.label = @"MyRenderEncoder";
//3.设置我们绘制的可绘制区域
/*
typedef struct {
double originX, originY, width, height, znear, zfar;
} MTLViewport;
*/
[renderEncoder setViewport:(MTLViewport){0.0, 0.0, _viewportSize.x, _viewportSize.y, -1.0, 1.0 }];
//4. 设置渲染管道
[renderEncoder setRenderPipelineState:_pipelineState];
//5.我们调用-[MTLRenderCommandEncoder setVertexBuffer:offset:atIndex:] 为了从我们的OC代码找发送数据预加载的MTLBuffer 到我们的Metal 顶点着色函数中
/* 这个调用有3个参数
1) buffer - 包含需要传递数据的缓冲对象
2) offset - 它们从缓冲器的开头字节偏移，指示“顶点指针”指向什么。在这种情况下，我们通过0，所以数据一开始就被传递下来.偏移量
3) index - 一个整数索引，对应于我们的“vertexShader”函数中的缓冲区属性限定符的索引。注意，此参数与 -[MTLRenderCommandEncoder setVertexBytes:length:atIndex:] “索引”参数相同。
*/
//将_vertexBuffer 设置到顶点缓存区中
[renderEncoder setVertexBuffer:_vertexBuffer
offset:0
atIndex:CCVertexInputIndexVertices];
//将 _viewportSize 设置到顶点缓存区绑定点设置数据
[renderEncoder setVertexBytes:&_viewportSize
length:sizeof(_viewportSize)
atIndex:CCVertexInputIndexViewportSize];
//6.开始绘图
// @method drawPrimitives:vertexStart:vertexCount:
//@brief 在不使用索引列表的情况下,绘制图元
//@param 绘制图形组装的基元类型
//@param 从哪个位置数据开始绘制,一般为0
//@param 每个图元的顶点个数,绘制的图型顶点数量
/*
MTLPrimitiveTypePoint = 0, 点
MTLPrimitiveTypeLine = 1, 线段
MTLPrimitiveTypeLineStrip = 2, 线环
MTLPrimitiveTypeTriangle = 3, 三角形
MTLPrimitiveTypeTriangleStrip = 4, 三角型扇
*/
[renderEncoder drawPrimitives:MTLPrimitiveTypeTriangle
vertexStart:0
vertexCount:_numVertices];
//7.表示已该编码器生成的命令都已完成,并且从NTLCommandBuffer中分离
[renderEncoder endEncoding];
//8.一旦框架缓冲区完成，使用当前可绘制的进度表
[commandBuffer presentDrawable:view.currentDrawable];
}
//9.最后,在这里完成渲染并将命令缓冲区推送到GPU
[commandBuffer commit];
}
案例Demo:
MetalBasicBuffer
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