学习用MetalPerformanceShaders进行图像处理

suiling· 2016-02-17
本文来自 codeGlider 的简书 ,作者 suiling

iOS 9在MetalKit中新增了MetalPerformanceShaders类,可以使用GPU进行高效的图像计算,比如高斯模糊,图像直方图计算,索贝尔边缘检测算法等。我最近刚开始学习Metal的使用,并做了一个高斯模糊的例子作为"HelloWorld"程序,下面分享一下我的学习成果~

注意:运行该程序需要有一个系统版本为iOS9的iOS设备,因为Metal只能在真机上运行。

首先建立工程:

727794-d6391af06e604956.png

在ViewContoller.swift文件中导入需要的framework:

import MetalKit
import MetalPerformanceShaders

如果出现未识别的错误不要担心,把你的设备选到iOS Device而不是模拟器,错误就会消失。

导入需要的资源图片到工程里:

727794-9d1b3de527549dd1.png

只要拖到工程文件夹中就可以了,不需要拖入Assets.xcassets中:

727794-10146f32805302b3.png

打开Main.storyboard,拖一个UISlider进去,这个用来控制高斯模糊的半径。

最大值设为100:

727794-e1d558b42dfe2f66.png

设置好约束:

727794-5190a07339bb29e5.png

727794-d7c24b1cd575e3fd.png

727794-367de0dfa8023e2a.png

727794-367de0dfa8023e2a.png

最后类似于这样:

1.png

向ViewContoller.swift文件中拖一个outlet,用来获取模糊半径:

2.png

还有一个valueChanged的监控方法,用来实时改变模糊效果:

3.png

背景设置为黑色:

4.png

然后开始配置我们Metal代码,首先了解一下MetalPerformanceShaders的使用流程:

  1. 配置MTKView用来承载模糊的结果

  2. 为MTKView创建新的命令队列MTLCommandQueue

  3. 读取资源数据,创建MTLTexture,作为高斯模糊的数据源。

  4. 创建高斯模糊对象

  5. 运行高斯模糊,并绘制结果到MTKView

了解了需要哪几步之后我们正式开始写代码,首先添加一些需要的变量:

var metalView: MTKView!

var commandQueue: MTLCommandQueue!

var sourceTexture: MTLTexture!

使ViewController遵循MTKViewDelegate协议:

class ViewController: UIViewController,MTKViewDelegate{
.........
}

实现它的两个代理方法:

func drawInMTKView(view: MTKView) {

    }
    func mtkView(view: MTKView, drawableSizeWillChange size: CGSize) {
    
    }

第一个方法用来绘制我们的MTKView,第二个方法在MTKView的可绘制区域改变时会调用。

新建一个方法func setUpMetalView()来配置MTKView,添加以下代码:

func setUpMetalView(){
        //设置metalView大小,边框等属性
        metalView = MTKView(frame: CGRect(origin: CGPointZero, size: CGSize(width: 300, height: 300)))
        metalView.center = view.center
        metalView.layer.borderColor = UIColor.whiteColor().CGColor
        metalView.layer.borderWidth = 5
        metalView.layer.cornerRadius = 20
        metalView.clipsToBounds = true
        view.addSubview(metalView)

        //读取默认设备.
        metalView.device = MTLCreateSystemDefaultDevice()

        //确保当前设备支持MetalPerformanceShaders
        guard let metalView = metalView where MPSSupportsMTLDevice(metalView.device) else {
            print("该设备不支持MetalPerformanceShaders!")
            return }

        //配置MTKview属性
        metalView.delegate = self
        metalView.depthStencilPixelFormat = .Depth32Float_Stencil8

        // 设置输入/输出数据的纹理(texture)格式
        metalView.colorPixelFormat = .BGRA8Unorm

        //将`currentDrawable.texture`设置为可写
        metalView.framebufferOnly = false


    }

新建一个方法func loadAssets(),用来加载资源数据等操作:

func loadAssets() {
        // 创建新的命令队列
        commandQueue = metalView.device!.newCommandQueue()

        //设置纹理加载器
        let textureLoader = MTKTextureLoader(device: metalView.device!)
        //对图片进行加载和设置        
        let image = UIImage(named: "AnimalImage")
        //处理后的图片是倒置,要先将其倒置过来才能显示出正图像
        let mirrorImage = UIImage(CGImage: (image?.CGImage)!, scale: 1, orientation: UIImageOrientation.DownMirrored)
        //将图片调整至所需大小
        let scaledImage = UIImage.scaleToSize(mirrorImage, size: CGSize(width:600, height: 600))

        let cgimage = scaledImage.CGImage


        // 将图片加载到 MetalPerformanceShaders的输入纹理(source texture)
        do {

            sourceTexture = try textureLoader.newTextureWithCGImage(cgimage!, options: [:])


        }
        catch let error as NSError {
            fatalError("Unexpected error ocurred: \(error.localizedDescription).")
        }
    }

这里我们自定义了一个UIImage的类方法,在UIImage的extension中添加这个方法:

extension UIImage{

    class func scaleToSize(image:UIImage,size:CGSize)->UIImage{
        UIGraphicsBeginImageContext(size)
        image.drawInRect(CGRect(origin: CGPointZero, size: size))

        let scaledImage = UIGraphicsGetImageFromCurrentImageContext()
        UIGraphicsEndImageContext()
        return scaledImage


    }
}

在viewDidLoad方法中调用这两个方法:

setUpMetalView()
loadAssets()

到了最后一步了~在drawInMTKView(view: MTKView)方法中绘制我们的metalView:

func drawInMTKView(view: MTKView) {
        //得到MetalPerformanceShaders需要使用的命令缓存区
        let commandBuffer = commandQueue.commandBuffer()

        // 初始化MetalPerformanceShaders高斯模糊,模糊半径(sigma)为slider所设置的值
        let gaussianblur = MPSImageGaussianBlur(device: view.device!, sigma: self.blurRadius.value)

        // 运行MetalPerformanceShader高斯模糊
        gaussianblur.encodeToCommandBuffer(commandBuffer, sourceTexture: sourceTexture, destinationTexture: view.currentDrawable!.texture)


        // 提交`commandBuffer`
        commandBuffer.presentDrawable(view.currentDrawable!)
        commandBuffer.commit()
    }

我们在每次滑块滑动后重新绘制metalView:

@IBAction func blurRadiusDidChanged(sender: UISlider) {
        metalView.setNeedsDisplay()
    }

然后应该就可以运行了~结果如下:

727794-6733bccd6aef2b46.gif

当然真机效果比这个要好很多,插上手机亲自试一下吧~

本文章源代码下载:github地址

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