Metal Shading Language

介绍

• Metal着⾊语言是⼀个⽤来编写3D图形渲染逻辑和并行计算核心逻辑的编程语言,编写Metal框架的APP需要使用Metal 着色语⾔程序.
• Metal 着色语⾔ 与 Metal 框架配合使用,Metal 框架管理Metal着⾊语言的运行和可选编译选项. Metal 着色器语言使用Clang和LLVM,编译器对于在GPU上的代码执行效率有更好的控制.

Metal 与 C++ 11.0

Metal 这门语言是基于C++ 11.0标准设计的.它在C++基础是多了⼀些拓展和限制.下面我们可以简单介绍Metal着⾊语言与C++11.0 相⽐之下的修改和限制.

Metal Restrictions 限制
如下的C++11.0的特性在Metal 着⾊语言中是不⽀持的.

• Lambda表达式
• 递归函数调⽤用
• 动态转换操作符
• 类型识别
• 对象创建(new)和释放(delloc)操作符
• 操作符 noexcept
• goto跳转
• 虚函数修饰符
• 派⽣生类
• 异常处理理

C++的标准库不可以在Metal 着色语言中使用
Metal 着色语言是有对于指针的使用限制. Metal图形和并行计算函数用到的入参如果是指针使用地址空间修饰符 (device ,threadgroup ,constant)
不支持函数指针
Metal函数名不能命名为Main函数

Metal 数据类型

• Metal 向量和矩阵数据类型
  向量支持如下类型:
  booln charn shortn intn ucharn ushortn uintn halfn floatn
  向量中的n,指的是维度

• Metal 向量和矩阵数据类型
  矩阵支持如下类型: halfnxm floatnxm
  nxm分别指的是矩阵的行数和列数.

缓存buffer

在Metal 中实现缓存靠的是一个指针.它指向一个在Device 或者 constant 地址空间中的内建或是开发者自定义的数据块.缓存可以被定在程序域域中,或是当做函数的参数传递.

属性修饰符

属性修饰符目的:

• 参数表示资源如何定位? 可以理解为端口
• 在固定管线和可编程管线进行内建变量的传递
• 将数据沿着渲染管线从顶点函数传递片元函数.

1. 变量与参数的地址空间修饰符

Metal 着色语言使用"地址空间修饰符号",来表示一个函数变量或是参数 被分于那块内存区域. 下面这些修饰符描述了不相交叠地址空间:

• device— 设备地址空间
• threadgroup — 线程组地址空间
• constant — 常量地址空间
• thread — 线程地址空间

2. 函数参数和变量

图形绘制或是并行计算着色函数的输入/输出都需要通过参数传递(除了常量地址空间变量和程序域中定义的采样器以外).参数可以是如下之一:

• device buffer(设备缓存)
• constant buffer(常量缓存)
• texture Object(纹理对象)
• sampler Object(采样器对象)
• threadgroup(线程组 )

3. 用于寻址缓存,纹理,采样器属性修饰符

为每个参数,指定一个属性修饰符. 指定明确的缓冲,纹理位置.

• device 和 constant buffers — [[ buffer ( index ) ]]
• texture — [[ texture ( index ) ]]
• sampler — [[ sampler ( index ) ]]
• threadgroup buffer — [[ threadgroup ( index ) ]]

纹理Textures

• 纹理数据类型是一个句柄,它是一个一维/二维/三维纹理数据.而纹理数据对应这个一个纹理的某个level的mipmap的全部或者一部分

enum class access {sample,read,write};
texture1d<T,access a = access::sample>
texture1d_array<T,access a = access::sample>

texture2d<T,access a = access::sample>
texture2d_array<T,access a = access::sample>

texture3d<T,access a = access::sample>
texturecube<T,access a = access::sample>
texture2d_ms<T,access a = access::read>

• 带有深度的纹理必须被声明为下面纹理数据类型中的一个

enum class depth_forma {depth_float};
depth2d<T,access a = depth_format::depth_float>
depth2d_array<T,access a = access::sample,depth_format d = depth_format::depth_float>
depthcube<T,access a = access::sample,depth_format d = depth_format::depth_float>
depth2d_ms<T,access a = access::read,depth_format d = depth_format::depth_float>

采样器 Samplers