[MetalKit]Using MetalKit part 4使用MetalKit4

本系列文章是对 http://metalkit.org 上面MetalKit内容的全面翻译和学习.

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上一次我们学习了Metal Shading Language Metal着色语言基础.在我们学习更多高深的课题前,我想现在是时候重新回顾一下我们学到的东西,尤其是关于图形管线的,我也承认这一点我讲得太快了(感谢匿名读者的建议和反馈!)

让我们更仔细地了解一下graphics pipeline图形管线,从一小段历史开始.大约十年前,当fixed pipeline固定管线仍然存在时,shaders被引入进来作为一种程序员影响固定管线的工具.在当时,浮点也被引入GPUs中并出现了GPGPU(能用计算图形处理单元).于是,新的programmable pipeline可编程管线就被改变了:

part4_1.png

就像看到的那样,新的管线目前拥有两个shader着色器,我们可以在其中编写自定义代码然后在GPU上运行.图形程序的第一部分总是运行在CPU上,被称为host code主机代码.这就是绝大部分资源分配发生的地方,也是和GPU之间传输数据的地方.程序最重要的地方,却是运行在GPU上.两个shaders包含在一个后缀为.metal的单独文件中(在其他GPGPU框架比如OpenCL中它被命名为kernel code内核代码).

管线开始于CPU站点处,这里的输入以vertices形式被送入到GPU中.它们经过了变换和逐顶点光照计算.此时vertex shader顶点着色器能够在rasterization光栅化之前,对顶点进行操作改变.在这之后,顶点经过clipping裁剪和rasterization光栅化并得到fragments片段.接着fragment shader片段着色器会被运行处理每个片段,之后每个像素值被输出到framebuffer帧缓冲器以供显示.

现在让我们看看Metal自己的管线.我们将回到 第2部分的代码中part 2 source code 并且将用行号来标明我们的提及的概念.创建Metal应用共需两个阶段.第一个是初始化阶段:

part4_2.png

第一步是拿到device设备(MetalView.swift中的19行).设备是和GPU驱动及硬件的直接连接;也是我们在Metal中创建其他所有对象的源头.第二个初始化步骤是创建一个command queue命令队列(40行),它是我们提交工作到GPU的通道.第三个初始化步骤是创建缓冲器,纹理和其它资源(20-27行).newBufferWithBytes函数将会分配一块新的共享内存,复制提供的指针到里面,然后返回一个该缓冲器的句柄.第四个初始化步骤是创建render pipeline渲染管线(28-37行),它是一个链式步骤,一端获取数据,另一端产生一个栅格化的图像.管线由两个元素组成:descriptor它持有shader信息和像素格式,state则是从descriptor中创建并包含了编译过了shaders.第五个初始化步骤是创建一个view.对我们来说,创建一个继承于MTKView(11行)的对象,要比创建一个新的CAMetalLayer并将其添加为子视图更为简单.

接下来,让我们看看创建Metal应用的第二个阶段,Drawing绘制阶段:

part4_3.png

第一步是拿到command buffer命令缓冲器(40行).所有进入GPU的工作都会被排列到该缓冲器里面.我们需要前一阶段的command queue命令队列来创建command buffer命令缓冲器.第二步是建立一个rend pass渲染通道(38-39行).一个渲染通道描述符会告诉Metal当渲染一张图片时要采取什么处理.配置它时,我们需要指定我们要渲染什么颜色纹理(currentDrawable纹理).我们还需要指定绘制几何体前的清屏颜色.第三步是真实的drawing绘制(43-44行).我们指定顶点存储的缓冲器和需要绘制的基本实体.第四步也就是最后一步是commit the command buffer提交命令缓冲器(46-47行)到GPU.当调用commit提交时,command buffer命令缓冲器被编码,送入命令队列的末尾,一旦时间到了就在GPU上执行.

我希望这一部分的教程能有助于理解通用性的概念比如graphics pipeline图形管线和Metal pipeline Metal管线.下一章节,我已经迫不及待想要回到编码中去了.
下次见!