2020-08-20 Metal初识特点消除“隐藏”的性能瓶颈，如隐式状态验证。你可以在多线程异步控制GPU,有效用于

Metal

Metal 是一个和 OpenGL ES 类似的面向底层的图形编程接口，通过使用相关的 api 可以直接操作 GPU ，最早在 2014 年的 WWDC 的时候发布，并于2019年发布了 Metal 2。
Metal框架支持GPU硬件加速、高级3D图形渲染以及大数据并行运算。且提供了先进而精简的API来确保框架的细粒度(fine-grain)，并且在组织架构、程序处理、图形呈现、运算指令以及指令相关数据资源的管理上都支持底层控制。其核心目的是尽可能的减少CPU开销，而将运行时产生的大部分负载交由GPU承担

Metal的特点和主要功能

主要功能 3D图形渲染和并行计算
特点消除“隐藏”的性能瓶颈，如隐式状态验证。你可以在多线程异步控制GPU,有效用于平行创建和提交命令缓冲区描述了缓冲和纹理对象代表了GPU的内存分配。纹理对象有特定的像素格式，并可用于纹理图像或附件对象使用相同的数据结构和资源（如缓冲区、纹理和命令队列），用于图形和计算操作。此外，金属着色语言支持图形和计算功能。Metal使得资源能够和runtime接口、图形着色器、并计算函数之间共享 Metal 着色器可以和你的app代码一样在运行时加载,编译，这样的好处时能够更好的生成代码,以及编译调试 Metal 不能再后台执行命令代码,否则系统崩溃

示例

1.我们可以在Main.storyboard中指定view的类型然后指定view的类型.
_view = (MTKView *)self.view;
2.我们也可以初始化MTKView的对象，然后addSubView到某父试图上
_view = [[MTKView alloc] initWithFrame:self.view.bounds];
[self.view addSubview:_view];

//设置Device
_view.device = MTLCreateSystemDefaultDevice();

设置渲染对象

    _renderer = [[MyRender alloc] initWithMetalKitView:_view];    
    if(!_renderer)
    {
        NSLog(@"Renderer failed initialization");
        return;
    }
  [_renderer mtkView:_view drawableSizeWillChange:_view.drawableSize];
   _view.delegate = _renderer;

typedef struct
{
    float4 clipSpacePosition [[position]];
    float4 color;

} RasterizerData;

vertex RasterizerData
vertexShader(uint vertexID [[vertex_id]],
             constant CCVertex *vertices [[buffer(CCVertexInputIndexVertices)]],
             constant vector_uint2 *viewportSizePointer [[buffer(CCVertexInputIndexViewportSize)]])
{
    out.clipSpacePosition = vertices[vertexID].position;
    out.color = vertices[vertexID].color;
    return out;
}

fragment float4 fragmentShader(RasterizerData in [[stage_in]])
{
    
    //返回输入的片元颜色
    return in.color;
}

{
    //我们用来渲染的设备(又名GPU)
    id<MTLDevice> _device;
   // 我们的渲染管道有顶点着色器和片元着色器 它们存储在.metal shader 文件中
    id<MTLRenderPipelineState> _pipelineState;

    //命令队列,从命令缓存区获取
    id<MTLCommandQueue> _commandQueue;

    //当前视图大小,这样我们才可以在渲染通道使用这个视图
    vector_uint2 _viewportSize;
}
//初始化MTKView
- (nonnull instancetype)initWithMetalKitView:(nonnull MTKView *)mtkView
{
    self = [super init];
    if(self)
    {
        NSError *error = NULL;
        
        //1.获取GPU 设备
        _device = mtkView.device;

        //2.在项目中加载所有的(.metal)着色器文件
        // 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"];

        //3.配置用于创建管道状态的管道
        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,用于处理渲染过程中各个片段/片元
        pipelineStateDescriptor.fragmentFunction = fragmentFunction;
        //一组存储颜色数据的组件
        pipelineStateDescriptor.colorAttachments[0].pixelFormat = mtkView.colorPixelFormat;
        
        //4.同步创建并返回渲染管线状态对象
        _pipelineState = [_device newRenderPipelineStateWithDescriptor:pipelineStateDescriptor error:&error];
        //判断是否返回了管线状态对象
        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;
        }

        //5.创建命令队列
        _commandQueue = [_device newCommandQueue];
    }

    return self;
}

代理方法

//每当视图改变方向或调整大小时调用
- (void)mtkView:(nonnull MTKView *)view drawableSizeWillChange:(CGSize)size
{
    // 保存可绘制的大小，因为当我们绘制时，我们将把这些值传递给顶点着色器
    _viewportSize.x = size.width;
    _viewportSize.y = size.height;
}

//每当视图需要渲染帧时调用
- (void)drawInMTKView:(nonnull MTKView *)view
{
    //1. 顶点数据/颜色数据
    static const CCVertex 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 } },
    };

    //2.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";
    
    //3.
    // MTLRenderPassDescriptor:一组渲染目标，用作渲染通道生成的像素的输出目标。
    MTLRenderPassDescriptor *renderPassDescriptor = view.currentRenderPassDescriptor;
    //判断渲染目标是否为空
    if(renderPassDescriptor != nil)
    {
        //4.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";

        //5.设置我们绘制的可绘制区域
        /*
        typedef struct {
            double originX, originY, width, height, znear, zfar;
        } MTLViewport;
         */
        //视口指定Metal渲染内容的drawable区域。 视口是具有x和y偏移，宽度和高度以及近和远平面的3D区域
        //为管道分配自定义视口需要通过调用setViewport：方法将MTLViewport结构编码为渲染命令编码器。 如果未指定视口，Metal会设置一个默认视口，其大小与用于创建渲染命令编码器的drawable相同。
        MTLViewport viewPort = {
            0.0,0.0,_viewportSize.x,_viewportSize.y,-1.0,1.0
        };
        [renderEncoder setViewport:viewPort];
        //[renderEncoder setViewport:(MTLViewport){0.0, 0.0, _viewportSize.x, _viewportSize.y, -1.0, 1.0 }];
        
        //6.设置当前渲染管道状态对象
        [renderEncoder setRenderPipelineState:_pipelineState];
    
        
        //7.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:CCVertexInputIndexVertices];

        //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:CCVertexInputIndexViewportSize];
        //8.画出三角形的3个顶点
        // @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:3];

        //9.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];

        //10.一旦框架缓冲区完成，使用当前可绘制的进度表
        [commandBuffer presentDrawable:view.currentDrawable];
    }

    //11.最后,在这里完成渲染并将命令缓冲区推送到GPU
    [commandBuffer commit];
}

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