Metal 入门级01：颜色的渲染加载

本案例的目的在于了解metal相关API的使用，及简单渲染的流程

整体的效果图如下
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案例的整体流程如下

主要分为两部分

• viewDidLoad函数：加载自定义的渲染视图MTKView，并将渲染交由自定的渲染循环类处理
• 渲染循环类：处理metal渲染的相关操作

viewDidLoad函数

该函数中主要是加载view以及view传递给render渲染循环类，主要流程如下

分为以下几步

• 获取view
• 设置device
• 创建render
• 设置view的delaegate
• 设置帧速率

获取view
获取MTKView的对象view的方式有两种，类似于GLKit中GLKView：

• 可以在storyboard将view的类改为MTKView，
• 可以创建MTKView对象，再将其添加到控制器的view中

_view = (MTKView*)self.view;

设置device
主要是获取GPU的使用权限，一个MTLDevice对象代表着一个GPU，一般使用默认方法MTLCreateSystemDefaultDevice来获取默认的单个GPU对象，并且在创建完成后，需要判断是否获取GPU的使用权限，如果不成功，则中断渲染流程

_view.device = MTLCreateSystemDefaultDevice();
if (!_view.device) {
    NSLog(@"Metal is not supported on this device");
    return;
}

创建render
在metal框架中，苹果建议在开发mental程序时，最好是将渲染循环独立成一个类，目的是为了更高的管理metal以及metal视图委托。创建完成后，同样需要判断是否创建成功，如果不成功，则中断渲染流程

_render = [[CJLRenderer alloc] initWithMetalKitView:_view];
    
//5.判断_render 是否创建成功
if (!_render) {
    NSLog(@"Renderer failed initialization");
    return;
}

设置view的delegate
将view的渲染处理加油render对象处理

_view.delegate = _render;

设置帧速率
在view中可以通过设置帧速率，不同的触发试图渲染，然后回调MTKViewDelegate中的drawInMTKView方法

_view.preferredFramesPerSecond = 60;

渲染循环类

管理metal的初始化以及metal中的视图委托，主要有以下四个函数

• initWithMetalKitView函数：初始化，需要传入MTKView对象view获取GPU的使用权限等
• makeFancyColor函数：主要是设置颜色，即随着帧率变化的颜色，这里就不展开讲解了，详情见完整代码
• MTKViewDelegate协议
  • drawableSizeWillChange代理方法：view大小发生变化时回调
  • drawInMTKView代理方法：view需要渲染时回调

由于本案例不涉及view大小的改变，所以着重讲initWithMetalKitView和drawInMTKView方法

initWithMetalKitView函数

渲染循环类对外的初始化方法，主要是通过传入的view，获取metal设备以及创建命令队列，流程如下

• 设置device
  此处的device并不是新建的，是由传入view在外面创建好的，可以通过view获取

_device = mtkView.device;

• 设置命令队列
  命令队列是所有app与GPU交互的第一个对象，是使用MTLCommandQueue 去创建对象,并且加入MTLCommandBuffer 对象中.确保它们能够按照正确顺序发送到GPU.对于每一帧,一个新的MTLCommandBuffer 对象创建并且填满了由GPU执行的命令.

_commandQueue = [_device newCommandQueue];

drawInMTKView代理方法

通过view设置的帧速率，每当到指定时间时，就会触发view的渲染，继而回调drawInMTKView代理方法进行绘制渲染。主要流程如下

• 根据makeFancyColor函数获取当前帧显示的颜色

Color color = [self makeFancyColor];

• 设置view的清屏颜色，通过由MTLClearColorMake创建，相当于OpenGL ES中的glClearColor

view.clearColor = MTLClearColorMake(color.red, color.green, color.blue, color.alpha);

• 创建渲染缓存区，目的是为了将渲染对象加入到渲染缓存区，使用MTLCommandQueue 创建对象并且加入到MTCommandBuffer对象中，且为当前渲染的每个渲染传递创建一个新的命令缓冲区

id commandBuffer = [_commandQueue commandBuffer];
    //设置渲染缓存区的命名
    commandBuffer.label = @"MyCommand";

• 获取渲染描述修饰符，通过commandQueue获取，类型是MTLRenderPassDescriptor，用于在commandBuffer中创建commandEncoder

MTLRenderPassDescriptor *renderPassDescriptor = view.currentRenderPassDescriptor;

• 创建commandEncoder，通过渲染描述符renderPassDescriptor创建MTLRenderCommandEncoder 对象，即命令渲染编辑器，相当于OpenGL ES中的program，主要用途是用于绘制对象，但在这个案例中并没有需要绘制的东西

id renderEncoder = [commandBuffer renderCommandEncoderWithDescriptor:renderPassDescriptor];
        //命令编辑器命名
        renderEncoder.label = @"MyRenderEncoder";

• 结束渲染编辑：当没有需要绘制的任务时，即可结束MTLRenderCommandEncoder 工作

 [renderEncoder endEncoding];

• 渲染到屏幕上，添加一个最后的命令来显示清除的可绘制的屏幕
  当编码器结束工作后，命令缓存区会收到两个命令：
  • present命令：渲染到屏幕上
  • commit命令：将commandBuffer提交至GPU
    主要是因为GPU不会直接渲染到屏幕上，如果不给命令，那么绘制的内容是不会显示到屏幕上的

[commandBuffer presentDrawable:view.currentDrawable];

• 完成渲染并将命令缓冲区提交给GPU，相当于OpenGL ES中的draw

[commandBuffer commit];

以上几个步骤，在metal渲染中几乎都要使用到，需要牢记！！

完整的代码见Github - 17_Metal_Hello_OC