Metal之简单渲染动态切换屏幕颜色

渲染循环

一、功能

管理metal的初始化以及metal中的视图委托

• 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：设置颜色，即随着帧率变化的颜色
• 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

二、实现

① 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;
• 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;

// 初始化
 - (id)initWithMetalKitView:(MTKView *)mtkView {
    self = [super init];
    if(self) {
        // 设置device:device并不是新建的，是由传入view在外创建，可以通过view获取
        _device = mtkView.device;
        
        // 所有应用程序需要与GPU交互的第一个对象是一个对象:MTLCommandQueue
        // 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];
    }   
    return self;
}

② 设置动态颜色

// 设置颜色
- (Color)makeFancyColor {
    // 增加颜色/减小颜色的标记
    static BOOL growing = YES;
    // 颜色通道值(0~3)
    static NSUInteger primaryChannel = 0;
    // 颜色通道数组colorChannels(颜色值)
    static float colorChannels[] = {1.0, 0.0, 0.0, 1.0};
    // 颜色调整步长
    const float DynamicColorRate = 0.015;
    
    // 判断
    if(growing) {
        // 动态信道索引 (1,2,3,0)通道间切换
        NSUInteger dynamicChannelIndex = (primaryChannel+1)%3;
        
        // 修改对应通道的颜色值 调整0.015
        colorChannels[dynamicChannelIndex] += DynamicColorRate;
        
        // 当颜色通道对应的颜色值 = 1.0
        if(colorChannels[dynamicChannelIndex] >= 1.0) {
            // 设置为NO
            growing = NO;
            // 将颜色通道修改为动态颜色通道
            primaryChannel = dynamicChannelIndex;
        }
    } else {
        // 获取动态颜色通道
        NSUInteger dynamicChannelIndex = (primaryChannel+2)%3;
        // 将当前颜色的值 减去0.015
        colorChannels[dynamicChannelIndex] -= DynamicColorRate;
        // 当颜色值小于等于0.0
        if(colorChannels[dynamicChannelIndex] <= 0.0) {
            // 调整为颜色增加
            growing = YES;
        }
    }
    
    // 创建颜色
    Color color;
    // 修改颜色的RGBA的值
    color.red   = colorChannels[0];
    color.green = colorChannels[1];
    color.blue  = colorChannels[2];
    color.alpha = colorChannels[3];
    
    // 返回颜色
    return color;
}

③ 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;

• 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<MTLCommandBuffer> commandBuffer = [_commandQueue commandBuffer];
    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

	id<MTLRenderCommandEncoder> renderEncoder = [commandBuffer 	renderCommandEncoderWithDescriptor:renderPassDescriptor];
    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
• 完成渲染并将命令缓冲区提交给GPU，相当于OpenGL ES中的draw

 	[commandBuffer presentDrawable:view.currentDrawable];

    [commandBuffer commit];

ViewController

• 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

	// 获取_view
    _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

	// 为_view 设置MTLDevice(必须)
    // 一个MTLDevice 对象就代表这着一个GPU,通常可以调用方法MTLCreateSystemDefaultDevice()来获取代表默认的GPU单个对象
    _view.device = MTLCreateSystemDefaultDevice();
    
    // 判断是否设置成功
    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

	// 创建CCRenderer
    // 分开渲染循环:在开发Metal程序时,将渲染循环分为自己创建的类,是非常有用的一种方式
    // 使用单独的类,可以更好管理初始化Metal,以及Metal视图委托
    _render =[[YDWRender alloc] initWithMetalKitView:_view];
    
    // 判断_render 是否创建成功
    if (!_render) {
        NSLog(@"Renderer failed initialization");
        return;
    }

• 设置view的delegate

	// 设置MTKView 的代理(由CCRender来实现MTKView 的代理方法)
    _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

    // 视图可以根据视图属性上设置帧速率(指定时间来调用drawInMTKView方法--视图需要渲染时调用)
    _view.preferredFramesPerSecond = 60;

效果展示

完整示例

Metal之动态切换屏幕颜色