Metal Framework基础使用教程

suiling· 2014-10-13
本文来自 CocoaChina ,作者 suiling

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Metal Framework基础使用教程--序 

iOS 8.0起,Apple为了更充分地发挥GPU的潜力,引入了Metal框架。Metal是与OpenGL ES是并列的,它们都是应用对GPU访问的底层接口。而Metal则提供了更底层,更面向硬件的接口,这也是为何Apple给这个框架起名为“Metal”的原因。

OpenGL ES3.1(至今仍未推出)之前,GPU只能做图形渲染流水线,而不能直接做通用计算流水线。现在iOS的Metal把这道门打开了。通过Metal,我们可以直接使用通用计算流水线,也就是GPU的Compute Shader。因此,在目前的Metal框架中可以使用三种着色器——Vertex Shader、Fragment Shader以及Compute Shader。当然,正因为Metal要求GPU得具有通用计算能力,因此一些老旧的GPU就不能支持了。目前支持Metal的GPU必须是Apple A7开始的,也就是至少为Power VR 6系列。

Metal的图形渲染流水线如下图所示:

020.jpg

而通用计算流水线就没那么复杂了,主机端的数据直接送给Compute Shader之后就直接再输出给主机端。上图中,灰色框框的Vertex Shader与Fragment Shader就是我们要自己对GPU编程的部分,其余的框框全是GPU硬件单元,不需要我们自己来编程。但是有些单元需要我们自己设置指定的状态来使它们做特定的操作。比如Stencil Test当我们启用了它之后才会进行,还有Depth Test也是如此,而Blend启用了它之后可以选择多种不同的操作参数来指定Blend硬件单元如何做当前颜色与背景色的混合。

因此,当我们使用Metal的时候,不光光要学习Objective-C(由于Metal的主机端接口都是以Objective-C的形式给出的),而且还要学习Metal Shading Language,来为GPU进行编程。尽管Metal Shading Language号称支持C++11标准,不过大部分C++特性都没有得到满足,比如虚函数、虚继承、RTTI等等,因此可以把它看成是简化版的C++11。就语法而言,难度不是很大,基本上熟悉C语言的很快就能上手。

Metal编程指南可参考此链接https://developer.apple.com/library/ios/documentation/Miscellaneous/Conceptual/MetalProgrammingGuide/Introduction/Introduction.html#//apple_ref/doc/uid/TP40014221

Metal Shading Language编程指南可参考此链接:https://developer.apple.com/library/ios/documentation/Metal/Reference/MetalShadingLanguageGuide/Introduction/Introduction.html#//apple_ref/doc/uid/TP40014364

 


Metal Framework基础使用教程——渲染流水线的基本执行模型

我们在使用Metal时,通常会先对一些资源做初始化设置,同时,这些资源将在整个执行过程中一直被保留,有些甚至不会被修改。然后,是做渲染过程。渲染过程可以通过定时器或其它刷新方式不断地执行。里面所含有的资源是瞬时的,即仅仅在一个渲染过程内有效。一次渲染过程又可以称为一个渲染遍(render pass)。

在Metal整个执行过程中,以下资源是要被长久保留的,即它们的生命周期与你的Metal layer一样长:

命令队列(Command Queue)、缓存(Buffer)、纹理(Texture)、采样器状态(Sampler State)、库(Library)、计算状态(Compute State)、渲染流水线状态(Render Pipeline State)、深度/模板状态(Depth/Stencil State)。

而这些资源是瞬时的:命令缓存(Command Buffer)、命令编码器(Command Encoder)。

下图描述了一个图形渲染流水线的基本执行流程:

021.jpg

上图中,矩形框表示创建的对象为持久保留的,圆边矩形框表示创建或获得的资源是瞬时的,即在当前过程完成之后就被释放。实线箭头表示流水过程,虚线箭头A ---> B表示对象A对对象B有所引用。

平行四边形框表示动作行为。

附件:

Metal执行模型基本流程.zip