二、使用Metal绘制视图内容

本文Demo

环境：

mac os 10.14.5

xcode 10.3

此系列文章源自官方案例，详情至 此处

专用名词虽有汉字翻译，但会保留原有英文形式名词。

 

概览

本示例中，将学习用Metal渲染图形内容的基础知识。用 Metal Framework创建视图，用 Metal绘制视图内容。然后，为 渲染过程 编码命令，清除视图生成背景色。

 

1.准备绘制 MetalKit 视图

MetalKit提供 MTKView类，继承自 NSView（macOS）或者 UIView（iOS 或 tvOS）。MTKView 处理许多用Metal绘制的内容在屏幕上相关的细节  。

MTKView需要对 Metal device object（设备对象）引用，才能在内部创建资源。因此第一步设置视图的 device属性。

_view.device = MTLCreateSystemDefaultDevice();

通过 MTKView 的其他属性去控制它的行为。设置 clearColor属性，清除视图的内容生成纯背景色，用 MTLClearColorMake函数创建，指定 red、green、blue 和 alpha。

_view.clearColor = MTLClearColorMake(0.0, 0.5, 1.0, 1.0);

示例不会绘制动画内容，因此配置视图需要更新时才绘制，如形状改变：

_view.enableSetNeedsDisplay = YES;

 

2.委托绘制责任

MTKView 依赖应用向Metal发送命令生成可视内容。MTKView 需要绘制时使用委托模式通知应用。为了能够收到委托的回调，设置视图的 delegate属性为遵守 MTKView Delegate协议的对象。

_view.delegate = _renderer;

 

委托实现了两个方法：

a）当内容大小改变的时候，视图调用mtkView:drawbleSizeWillChange: 方法。当调整包含视图的窗口大小时或者设备的方向改变（在 iOS上）时发生。允许应用根据呈现的分辨率调整视图大小。

b）当更新视图内容的时候，调用 drawInMTKView: 方法。在此方法中，创建命令缓冲区，编码命令来告知GPU在屏幕上绘制何物以及何时显示，将命令缓冲区放入队列等待GPU执行。有时也称作绘制 frame（帧），可以把帧想象成生成一张图片的工作。像在游戏类的应用中，每秒绘制很多帧。

示例中，AAPLRenderer 类实现委托方法，并且承担绘制责任。控制器将其实例化设置成视图的delegate。

 

3.创建Render Pass Descriptor（渲染过程描述符）

绘制时，GPU 存储结果到 textures（纹理），它是包含图片数据和可供GPU访问的内存块。MTKView创建了需要绘制视图的所有纹理。它创建了多个纹理，以便在渲染一个纹理时可以显示另一个纹理的内容。

为了要绘制，需要创建 render pass（渲染过程），它是一系列的渲染命令绘制成的一组纹理。当在 render pass上使用时，纹理也被叫做 render targets（渲染目标）。为了创建 render pass，需要 MTLRenderPassDescriptor实例。示例中，不要配置自己的渲染过程描述符，而是要 MetalKit 视图创建。

MTLRenderPassDescriptor *renderPassDescriptor = view.currentRenderPassDescriptor;
if (renderPassDescriptor == nil)
{
    return;
}

渲染过程描述符描述 render targets（渲染目标即纹理），以及如何在渲染过程开始和结束时处理它们。视图返回一个渲染过程描述符，其中包含指向纹理之一的单一颜色附件，否则根据视图的属性配置渲染过程。默认情况下，意味着在渲染过程的开始，纹理被清除成匹配视图的 clearColor属性的纯色，渲染过程结束时，所有的变化被存储到纹理中。

由于渲染过程描述符可能为空，在创建渲染过程之前，需要确保其不为空。

 

4.创建 render pass（渲染过程）

可以通过 MTLRender CommandEncoder 对象将其编码进命令缓冲区来创建渲染过程。调用命令缓冲区的 renderCommandEncoderWithDescriptor: 方法并传入 渲染过程描述符。

id commandEncoder = [commandBuffer renderCommandEncoderWithDescriptor:renderPassDescriptor];

此示例中，不需要编码任何绘制命令，因此渲染过程唯一要做的是清除纹理。调用 endEncoding 方法表明该过程完毕。

[commandEncoder endEncoding];

 

5.呈现可绘制对象到屏幕

对纹理的绘制不会自动显示在屏幕的新内容上。事实上，仅有一些纹理可以展现。在 Metal 中，呈现在屏幕上的纹理被 drawable对象管理，要显示内容，将呈现可绘制对象。

MTKView 自动创建 drawable 对象去管理纹理。通过 currentDrawable属性获取渲染过程目标拥有纹理的可绘制对象。视图返回一个和 Core Animation 关联的 CAMetalDrawable对象。

id drawable = view.currentDrawable;

在命令缓冲区调用 presentDrawable: 方法，并传递 drawable（可绘制对象）

[commandBuffer presentDrawable:drawable];

此方法旨在告诉Metal，当命令缓冲区计划执行时，应协调Core Animation在渲染完成后去显示纹理。当Core Animation呈现纹理时，它将成为视图的新内容。示例中，清除纹理成为视图的新背景色。此改变随着Core Animation为屏幕用户界面元素进行的其他可视化更新一起发生。

 

6.提交命令缓冲区

现在已经为 frame（帧）下发所有的命令，提交命令缓冲区。

[commandBuffer commit];

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