Metal绘制三角形效果图
先上demo源码如何使用Metal绘制三角形demo地址
一、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。------来自百度百科
二、重点函数解析以及相关文件解释
工程文件
-
BaseRender.m文件主要是根据 苹果建议Respond to View EventsMetal将，Metal渲染处理流程单独出来进行渲染绘制的操作，后面的内容会做详细的描述； -
BaseShaderTypes.h文件主要是头文件包含了 Metal shaders 与C/OBJC 源之间共享的类型和枚举常数，桥接关系；
/*
介绍:
头文件包含了 Metal shaders 与C/OBJC 源之间共享的类型和枚举常数
*/
#ifndef BaseShaderTypes_h
#define BaseShaderTypes_h
// 缓存区索引值 共享与 shader 和 C 代码 为了确保Metal Shader缓存区索引能够匹配 Metal API Buffer 设置的集合调用
typedef enum BaseVertexInputIndex
{
//顶点
BaseVertexInputIndexVertices = 0,
//视图大小
BaseVertexInputIndexViewportSize = 1,
} BaseVertexInputIndex;
//结构体: 顶点/颜色值
typedef struct
{
// 像素空间的位置
// 像素中心点(100,100)
vector_float4 position;
// RGBA颜色
vector_float4 color;
} BaseVertex;
#endif /* BaseShaderTypes_h */
-
BaseShaders.metal文件设置顶点着色器函数和片元着色器函数的；
#include <metal_stdlib>
using namespace metal;
#import "BaseShaderTypes.h"
//结构体
typedef struct {
//处理空间的 顶点信息
float4 clipSpacePosition [[position]];
//颜色
float4 color;
}RasterizerData;
//顶点着色器
vertex RasterizerData
vertexShader(uint vertexID [[vertex_id]],
constant BaseVertex *vertices [[buffer(BaseVertexInputIndexVertices)]],
constant vector_uint2 *viewportSizePointer [[buffer(BaseVertexInputIndexViewportSize)]])
{
/*
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
*/
RasterizerData out;
out.clipSpacePosition = vertices[vertexID].position;
out.color = vertices[vertexID].color;
return out;
}
// 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;
}
在Metal中有两个渲染相关的特别重要的函数分别是- (void)drawInMTKView:(nonnull MTKView *)view和- (void)mtkView:(nonnull MTKView *)view drawableSizeWillChange:(CGSize)size;
-
- (void)drawInMTKView:(nonnull MTKView *)view主要是在每当视图需要渲染帧时调用； -
- (void)mtkView:(nonnull MTKView *)view drawableSizeWillChange:(CGSize)size每当视图改变方向或调整大小时调用;
三、渲染流程
-
流程图
图片来源于网络
第一步：在初始化BaseRender对象时，配置相关参数
- 获取GPU设备，从
MTKView中获取；
_device = mtkView.device;
- 当前工程中加载所有的着色器文件，获取着色器函数
//从bundle中获取.metal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"];
- 配置用于创建管道状态的管道
MTLRenderPipelineDescriptor *pipelineDescriptor = [[MTLRenderPipelineDescriptor alloc]init];
//管道名称
pipelineDescriptor.label = @"Simple Pipeline";
//可编程函数,用于处理渲染过程中的各个顶点
pipelineDescriptor.vertexFunction = vertexFunction;
//可编程函数,用于处理渲染过程中的各个片元
pipelineDescriptor.fragmentFunction = fragmentFunction;
//一组存储颜色的组件
pipelineDescriptor.colorAttachments[0].pixelFormat = mtkView.colorPixelFormat;
- 同步创建并返回渲染管线状态对象
NSError *error;
_pipelineState = [_device newRenderPipelineStateWithDescriptor:pipelineDescriptor error:&error];
//判断是否返回错误
if (!_pipelineState ) {
//如果我们没有正确设置管道描述符，则管道状态创建可能失败
NSLog(@"Failed to created pipeline state, error %@", error);
return nil;
}
- 创建命令
_commandQueue = [_device newCommandQueue];
第二步:渲染操作
- 设置顶点数据和颜色数据
static const BaseVertex triangleVertices[] =
{
//顶点, RGBA 颜色值
{ { 0.5, -0.25, 0.0, 1.0 }, { 1, 0, 0, 1 } },
{ { -0.5, -0.25, 0.0, 1.0 }, { 0, 1, 0, 1 } },
{ { -0.0f, 0.25, 0.0, 1.0 }, { 0, 0, 1, 1 } },
};
- 当前每一个渲染创建一个新的命令缓存区(使用命令队列创建命令缓存区)，并制定缓存区的名字
id<MTLCommandBuffer>commandBuffer = [_commandQueue commandBuffer];
//指定缓存区名字
commandBuffer.label = @"MyCommand";
- MTLRenderPassDescriptor:一组渲染目标，用作渲染通道生成的像素的输出目标，即描述符
MTLRenderPassDescriptor *renderPassDescriptor = view.currentRenderPassDescriptor;
- 如果渲染目标不为空，创建渲染命令编码器，这样我们才能渲染事物并设置渲染器名称
id<MTLRenderCommandEncoder>renderEncoder = [commandBuffer renderCommandEncoderWithDescriptor:renderPassDescriptor];
//渲染器名称
renderEncoder.label = @"MyRenderEncoder";
- 设置可绘制的区域
MTLViewport viewPort = {
0.0,0.0,_viewportSize.x,_viewportSize.y,-1.0,1.0
};
[renderEncoder setViewport:viewPort];
- 命令编译器设置当前渲染管道对象,
[renderEncoder setRenderPipelineState:_pipelineState];
- 从应用程序OC 代码 中发送数据给Metal 顶点着色器 函数
//顶点数据+颜色数据
// 1) 指向要传递给着色器的内存的指针
// 2) 我们想要传递的数据的内存大小
// 3)一个整数索引，它对应于我们的“vertexShader”函数中的缓冲区属性限定符的索引。
[renderEncoder setVertexBytes:&triangleVertices length:sizeof(triangleVertices) atIndex:BaseVertexInputIndexVertices];
//viewPortSize 数据
//1) 发送到顶点着色函数中,视图大小
//2) 视图大小内存空间大小
//3) 对应的索引
[renderEncoder setVertexBytes:&_viewportSize
length:sizeof(_viewportSize)
atIndex:BaseVertexInputIndexViewportSize];
- 画出三角形的3个顶点
[renderEncoder drawPrimitives:MTLPrimitiveTypeTriangle vertexStart:0 vertexCount:3];
- 表示已该编码器生成的命令都已完成,并且从MTLCommandBuffer中分离
[renderEncoder endEncoding];
- 当框架的缓冲区完成，使用当前可绘制的进度表
[commandBuffer presentDrawable:view.currentDrawable];
- 完成渲染并将命令缓冲区推送到GPU
[commandBuffer commit];
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