Metal 系列教程
Metal_入門01_為什么要學(xué)習(xí)它
Metal_入門02_帶你走流程
前言
前段時間在研究OpenGL ES和 SceneKit ,感覺到iOS 系統(tǒng)有很多有趣又好玩的東西,我個人是比較喜歡折騰這些技術(shù)的,不是項目需求,只是為了揭開那些東西神秘的面紗,僅此而已,為什么我又開始研究Metal 了呢？因為在學(xué)習(xí)SceneKit 的時候，發(fā)現(xiàn)它有兩套渲染機制,OpenGL 和 Matal ,OpenGL 還算比較熟悉,但是Metal部分就不太清除了,所以SceneKit 的學(xué)習(xí),暫時擱淺,從今天開始,就開始和它談戀愛。不知能不能找到真愛。
初步了解
a.自我介紹
Metal框架支持GPU硬件加速、高級3D圖形渲染以及大數(shù)據(jù)并行運算。且提供了先進而精簡的API來確保框架的細(xì)粒度(fine-grain)，并且在組織架構(gòu)、程序處理、圖形呈現(xiàn)、運算指令以及指令相關(guān)數(shù)據(jù)資源的管理上都支持底層控制。其核心目的是盡可能的減少CPU開銷，而將運行時產(chǎn)生的大部分負(fù)載交由GPU承擔(dān)
感覺有點還蠻多的,姑且相信你,在交往過程中,再去體會吧!
b.主要的技能
1.3D圖形渲染
2.并行運算
c.網(wǎng)友對Metal的理解
1.當(dāng)我們使用OpenGL ES 渲染一個紋理的時候,需要將數(shù)據(jù)從cpu 拷貝一份到gpu 中,以防止gpu 和cpu同時訪問這塊內(nèi)存,而反觀Metal，就會發(fā)現(xiàn)它并無需這樣的處理方式，開發(fā)者可以在CPU和GPU之間同步使用這些數(shù)據(jù)
2.是Metal能預(yù)判GPU的狀態(tài)從而避免那些多余的校驗和編輯。在使用OpenGL的時候，習(xí)慣上我們會挨個兒設(shè)置GPU的狀態(tài)，然后每次進行繪制調(diào)用之前必須要校驗一道GPU的狀態(tài)。在最糟糕的情況下你甚至需要為了一個新的GPU狀態(tài)重編譯一遍陰影效果，當(dāng)然，在這里采用預(yù)判GPU狀態(tài)就顯得相當(dāng)必要了。不過Metal另辟蹊徑，在初始化渲染引擎的時候，GPU的狀態(tài)會被打包進一個預(yù)估的渲染通道，(render pass)，此狀態(tài)下渲染通道會與多種資源一起被使用，而其他的狀態(tài)不會有任何影響。Metal使用的渲染通道不需要多余的校驗，因而最大限度的減少了API負(fù)載，且對于每一幀的渲染都有質(zhì)的提升
3.然很多API都通過具體類來實現(xiàn)平臺支持，不過Metal使用的方法是基于協(xié)議的。因為Metal中具體的類型是由運行的設(shè)備所決定的。這很好的鼓勵了程序員選擇面向接口編程而非面向?qū)崿F(xiàn)，以降低程序的耦合。當(dāng)然也意味著需要冒著風(fēng)險大量的在Objective C運行時來對Metal的類型添加繼承和擴展類型
d.我們應(yīng)該學(xué)習(xí)Metal 的哪些內(nèi)容
1.命令提交模型
2.內(nèi)存管理模型
3.獨立編譯的繪圖著色器程序和并行計算的函數(shù)
- Metal 框架的特點
1.消除“隱藏”的性能瓶頸，如隱式狀態(tài)驗證。你可以在多線程異步控制GPU,有效用于平行創(chuàng)建和提交命令緩沖區(qū)
2.描述了緩沖和紋理對象代表了GPU的內(nèi)存分配。紋理對象有特定的像素格式，并可用于紋理圖像或附件對象
3.使用相同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和資源（如緩沖區(qū)、紋理和命令隊列），用于圖形和計算操作。此外，金屬著色語言支持圖形和計算功能。Metal使得資源能夠和runtime接口、圖形著色器、并計算函數(shù)之間共享
4.metal 著色器可以和你的app代碼一樣在運行時加載,編譯，這樣的好處時能夠更好的生成代碼,以及編譯調(diào)試
5.Metal 不能再后臺執(zhí)行命令代碼,否則系統(tǒng)崩潰
- 命令提交模型深入學(xué)習(xí)
a.在Metal 的架構(gòu)中,MTLDevice 協(xié)議定義了簡單的代表GPU 的接口,此協(xié)議提供了方法去查詢設(shè)備的屬性,創(chuàng)建設(shè)備的特殊對象,比如緩沖區(qū)或者紋理,編碼和排隊渲染和計算命令被提交給GPU執(zhí)行
b.命令隊列由命令緩沖隊列和組織這些命令緩沖執(zhí)行順序的命令隊列組成,命令緩沖區(qū)包含用于在特定設(shè)備上執(zhí)行的編碼命令,命令編碼器將繪制、計算、和blitting命令添加到命令緩沖區(qū)，將命令緩沖區(qū)最終提交到設(shè)備上執(zhí)行
c .MTLCommandQueue 協(xié)議了一個命令隊列接口,主要提供了方法創(chuàng)建命令緩沖對象,MTLCommandBuffer協(xié)議為命令緩沖對象定義了一些方法，提供方法去創(chuàng)建命令編碼器，入隊命令緩沖區(qū)執(zhí)行,檢查狀態(tài)，以及一些其他操作,MTLCommandBuffer 協(xié)議提供了一下幾種編碼類型,決定了編碼不同種類的GPU工作,到指定的命令緩沖區(qū)中
MTLRenderCommandEncoder:主要用戶繪圖編碼
MTLComputeCommandEncoder: 主要用于并行計算
MTLBlitCommandEncoder:編碼簡單的緩沖區(qū)和紋理拷貝操作,以及像mipmap 圖像的生成
d.在任何時候,只有單個命令編碼器可以被激活,添加命令到一個命令緩沖區(qū)上去,下一個命令編碼器被創(chuàng)建和用與同一緩沖區(qū)之前,必須將上一個命令編碼器結(jié)束掉
e.當(dāng)所有編碼完成時,你提交MTLCommandBuffer 對象,這就意味著GPU 已經(jīng)標(biāo)記了命令緩沖區(qū),準(zhǔn)備開始執(zhí)行
下圖展示了命令隊列,命令緩沖區(qū)區(qū),命令編碼器之間的關(guān)系，(buffer, texture, sampler, depth and stencil state, pipeline state) 表示特定于某一特定命令編碼器的資源和狀態(tài)
以上內(nèi)容,大體闡述了下面幾件事情
1.MTLDevice 代表GPU 可以執(zhí)行命令,可以創(chuàng)建新的命令隊列,可以分配內(nèi)存,可以創(chuàng)建紋理和查詢設(shè)備信息
2.MTLCommandQueue 接受GPU 將要順序執(zhí)行的命令緩沖區(qū)對象的列表,所有命令緩沖對象發(fā)送到一個單一隊列被保證是按照順序執(zhí)行的,命令隊列是線程安全的,允許多個命令緩沖區(qū)同時進行編碼
3.MTLCommandBuffer 存儲了編碼命令知道緩沖區(qū)被提交到GPU被執(zhí)行,一個單一的命令緩沖區(qū)對象可以包含許多不同種類的編碼命令,取決有編碼器的數(shù)量和類型，在一典型的app 應(yīng)用中,一個完整的渲染幀,被包含在一個單一的命令緩沖區(qū)中,即使渲染的幀,包含多個渲染傳遞,計算處理函數(shù),或者或blit操作,命令緩沖區(qū)是單次使用的對象,不能被重用，一旦命令緩沖區(qū)被提交到GPU去執(zhí)行,只有一種操作是有效的,就是等待命令緩沖區(qū)被加入執(zhí)行列表或處理程序塊登記命令緩沖區(qū)執(zhí)行處理程序塊討論完成并檢查命令緩沖區(qū)的執(zhí)行情況，命令緩沖區(qū)也代表工作的唯一獨立跟蹤單元的應(yīng)用程序
4.MTLRenderCommandEncoder 命令編碼器是一個短暫的對象，你用一次寫命令和狀態(tài)中，GPU可以執(zhí)行一個命令緩沖區(qū)格式。許多命令編碼器對象方法將命令追加到命令緩沖區(qū)上。當(dāng)一個命令編碼器是活動的，它有它的命令緩沖區(qū)的附加命令的獨占權(quán)。一旦你完成編碼的命令，調(diào)用endEncoding方法。要寫進一步的命令，創(chuàng)建一個新的命令編碼器
- 區(qū)分可重用的對象和不可重用的對象
a.可重用的對象
Command queues
Data buffers
Textures
Sampler states
Libraries
Compute states
Render pipleline states
Depth/stencil states
b.不可重用的對象
Command buffer
command encoder
我提醒廣大網(wǎng)友
Metal 是一門特別深的技術(shù)，可能需要你花費你半年左右的時間去學(xué)習(xí)它,希望有持之以恒的情深。
本節(jié)的內(nèi)容先闡述到這里,有人看到這里就選擇了放棄,但是自信的人往往會點贊繼續(xù)!
