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概述
Metal 优化了纹理以供 GPU 快速访问，但不允许直接从 CPU 访问纹理的内容。当 App 需要更改或读取纹理的内容时，需要 Metal 在纹理和可访问的 CPU 内存（系统内存或使用共享存储分配的 Metal 缓冲区）之间复制数据。本文示例配置了可绘制的纹理，该纹理具备可读取权限，并将渲染像素数据从这些纹理复制到 Metal 缓冲区。
运行示例，然后点击或单击单个点以读取存储在该点的像素数据。或者，拖出一个矩形以捕获屏幕上某个区域的像素数据。本示例将你的选择转换为可绘制纹理坐标系中的矩形，然后将图像渲染到纹理。最后，将所选矩形中的像素数据复制到缓冲区中，以供后续进一步处理。
配置可绘制纹理的读取权限
默认情况下，MetalKit 视图创建仅用于渲染的可绘制纹理，其他 Metal 命令无法访问该纹理。下面的代码创建一个视图，开启了纹理的读取访问权限，每当用户选择视图的一部分时，示例都需要获取纹理，因此代码将视图的 Metal 层配置为无限期地等待新的可绘制对象。
_view.framebufferOnly = NO;
((CAMetalLayer*)_view.layer).allowsNextDrawableTimeout = NO;
_view.colorPixelFormat = MTLPixelFormatBGRA8Unorm;
配置可绘制纹理的读取访问权限意味着 Metal 可能不会做一些优化，因此仅在必要时更改可绘制配置。同样的，对性能敏感的 App 不要将视图配置成无限期地等待。
确定要复制的像素
使用 AAPLViewController 类管理用户交互,当用户与视图交互时，AppKit 和 UIKit 发送带着位置的事件。 为了确定从 Metal 可绘制纹理中复制哪些像素，App 将这些视图坐标转换为 Metal 的纹理坐标系。
由于图形坐标系和 API 的差异，在视图坐标和纹理坐标之间转换的代码因平台而异。
在 macOS 中，调用视图上的 pointToBacking: 方法将位置转换为后备存储中的像素位置，然后应用坐标变换来调整原点和 y 轴。
CGPoint bottomUpPixelPosition = [_view convertPointToBacking:event.locationInWindow];
CGPoint topDownPixelPosition = CGPointMake(bottomUpPixelPosition.x,
_view.drawableSize.height - bottomUpPixelPosition.y);
在 iOS 中，App 读取视图的 contentScaleFactor 并将缩放变换应用于视图坐标。 iOS 视图和 Metal 纹理使用相同的坐标约定，因此不需要移动原点或更改 y 轴方向。
- (CGPoint)pointToBacking:(CGPoint)point
{
CGFloat scale = _view.contentScaleFactor;
CGPoint pixel;
pixel.x = point.x * scale;
pixel.y = point.y * scale;
// Round the pixel values down to put them on a well-defined grid.
pixel.x = (int64_t)pixel.x;
pixel.y = (int64_t)pixel.y;
// Add .5 to move to the center of the pixel.
pixel.x += 0.5f;
pixel.y += 0.5f;
return pixel;
}
渲染像素数据
当用户在视图中选择一个矩形时，视图控制器调用 renderAndReadPixelsFromView:withRegion 方法来渲染可绘制的内容并将它们复制到 Metal 缓冲区中。
创建一个新的命令缓冲区并调用一个实用方法来编码渲染通道。
id<MTLCommandBuffer> commandBuffer = [_commandQueue commandBuffer];
// Encode a render pass to render the image to the drawable texture.
[self drawScene:view withCommandBuffer:commandBuffer];
对渲染通道进行编码后，调用另一种方法来编码命令以复制渲染纹理的一部分。 本示例在呈现可绘制纹理之前，对复制像素数据的命令进行编码，因为系统在呈现后会丢弃纹理的内容。
id<MTLTexture> readTexture = view.currentDrawable.texture;
MTLOrigin readOrigin = MTLOriginMake(region.origin.x, region.origin.y, 0);
MTLSize readSize = MTLSizeMake(region.size.width, region.size.height, 1);
const id<MTLBuffer> pixelBuffer = [self readPixelsWithCommandBuffer:commandBuffer
fromTexture:readTexture
atOrigin:readOrigin
withSize:readSize];
将像素数据复制到缓冲区
渲染器的 readPixelsWithCommandBuffer:fromTexture:atOrigin:withSize: 方法对复制纹理的命令进行编码。 由于示例将相同的命令缓冲区传递给此方法，因此 Metal 在渲染过程之后对这些新命令进行编码。 Metal 自动管理目标纹理的依赖关系，并确保在复制纹理数据之前完成渲染。
首先，该方法分配一个 Metal 缓冲区来保存像素数据，通过将一个像素的大小（以字节为单位）乘以区域的宽度和高度来计算缓冲区的大小。 同样，计算每行的字节数，稍后复制数据时需要这些字节数（该示例不会在行的末尾添加任何填充）。 然后，调用 Metal 设备对象来创建新的 Metal 缓冲区，指定共享存储模式，以便 App 可以在之后读取缓冲区的内容。
NSUInteger bytesPerPixel = sizeofPixelFormat(texture.pixelFormat);
NSUInteger bytesPerRow = size.width * bytesPerPixel;
NSUInteger bytesPerImage = size.height * bytesPerRow;
_readBuffer = [texture.device newBufferWithLength:bytesPerImage
options:MTLResourceStorageModeShared];
接下来，创建一个 MTLBlitCommandEncoder 对象来提供命令，在 Metal 资源之间复制数据，用数据填充资源，以及执行其他类似的资源相关的任务（这些任务不直接涉及计算或渲染）。该示例对 blit 命令进行编码以将纹理数据复制到新缓冲区的开头， 然后关闭 blit 通道。
id <MTLBlitCommandEncoder> blitEncoder = [commandBuffer blitCommandEncoder];
[blitEncoder copyFromTexture:texture
sourceSlice:0
sourceLevel:0
sourceOrigin:origin
sourceSize:size
toBuffer:_readBuffer
destinationOffset:0
destinationBytesPerRow:bytesPerRow
destinationBytesPerImage:bytesPerImage];
[blitEncoder endEncoding];
最后，提交命令缓冲区，并调用 waitUntilCompleted 等待 GPU 完成渲染和 blit 命令的执行。 在此调用将控制权返回给该方法后，缓冲区将包含请求的像素数据。 在实时 App 中，同步命令会不必要地减少 CPU 和 GPU 之间的并行度。
[commandBuffer commit];
// The app must wait for the GPU to complete the blit pass before it can
// read data from _readBuffer.
[commandBuffer waitUntilCompleted];
从缓冲区读取像素
调用缓冲区的 contents() 方法可以获取指向像素数据的指针。
AAPLPixelBGRA8Unorm *pixels = (AAPLPixelBGRA8Unorm *)pixelBuffer.contents;
本文示例将缓冲区的数据复制到 NSData 对象中，并将其传递给另一个方法来初始化 AAPLImage 对象。 有关 AAPLImage 的更多信息，请参阅 《 Metal 框架之创建纹理及纹理采样 》 。
// Create an `NSData` object and initialize it with the pixel data.
// Use the CPU to copy the pixel data from the `pixelBuffer.contents`
// pointer to `data`.
NSData *data = [[NSData alloc] initWithBytes:pixels length:pixelBuffer.length];
// Create a new image from the pixel data.
AAPLImage *image = [[AAPLImage alloc] initWithBGRA8UnormData:data
width:readSize.width
height:readSize.height];
渲染器将此图像对象返回给视图控制器以进行进一步处理。 视图控制器的行为因操作系统而异。 在 MacOS 中，示例将图像写入文件 ~/Desktop/ReadPixelsImage.tga，而在 iOS 中，示例将图像添加到照片库中。
总结
本文介绍了如何从渲染后的纹理获取像素数据，即 cpu 如何 获取 GPU 渲染的结果。首先需要开启纹理的可读取权限，然后渲染纹理，将纹理拷贝到一个新的缓冲区中，最后从新的缓冲区获取数据。
