什么是metal?
Metal 是一个和OpenGL ES 类似的面向底层的图形编程接口，通过使用相关的API 可以直接操作 GPU。
注意：
Metal只针对苹果的平台系统使用，不像OpenGL ES那样可以进行跨平台使用但是它能最大的挖掘苹果移动设备的GPU能力，进行复杂的运算，像Unity等游戏引擎都通过Metal对3D能力进行了优化。
- Metal在苹果中的架构图
UIKit -> Core Graphics -> Metal/OpenGL ES -> GPU Driver -> GPU
- Metal的特点
-
GPU支持的3D渲染 - 和
CPU并行处理数据 （深度学习） - 提供低功耗接口
- 与
CPU共享资源内存
-
Metal绘制流水线
器件和命令
通常使用两个框架来显示呈现的内容：Metal和MetalKit。
Metal提供对GPU的访问，MetalKit提供了常用的实用程序，可以更轻松地开发Metal应用程序。 它们与OS和其他框架无缝集成，因此您可以专注于GPU编程.
MetalKit最有用的功能之一是MTKView类，它包装UIView或NSView对象并配置特定于Metal的Core Animation功能。 特别是，MetalKit视图自动设置和管理连续渲染循环，为每个帧提供2D可显示资源，通常称为可绘制资源。
注意：您可以直接使用
Core Animation开发Metal应用程序，但使用MetalKit更容易，更快捷，更方便
Separate Your Rendering Loop- 分离渲染循环
在我们开发Metal程序时,将渲染循环分离到自己创建的类中,是非常有用的一种方式,使用 单独的类,我们可以更好管理初始化Metal,以及Metal视图委托.
_render =[[Renderer alloc]initWithMetalKitView:_view];
//5.判断_render 是否创建成功
if (!_render) {
NSLog(@"Renderer failed initialization");
return;
}
- Respond to View Events - 响应视图事件
MTKViewDelegate的代理对象实现mtkView：drawableSizeWillChange：和drawInMTKView方法。 这些方法通知渲染器MetalKit视图的大小调整和绘图事件
每当窗口大小发生变化（macOS）或发生重新布局操作（例如设备方向更改）时，视图都会调用mtkView：drawableSizeWillChange：方法（iOS和tvOS）。 然后，您可以根据需要响应视图的新大小并更改渲染分辨率。
每当需要渲染新帧时，视图都会调用drawInMTKView：方法，这是由视图的preferredFramesPerSecond属性上设置的帧速率（例如，60 FPS）指定的。 此回调通常是开始执行渲染循环的主要事件。
- Metal Command Objects - Metal命令对象
MTLDevice对象表示GPU。 通常，您调用MTLCreateSystemDefaultDevice（）方法以获取表示设备的默认GPU的单个MTLDevice对象。 MTLDevice对象提供有关GPU的信息，但其主要目的是创建可与GPU交互的其他对象。
所有应用程序需要与GPU交互的第一个对象是MTLCommandQueue对象。
_commandQueue = [_device newCommandQueue];
你使用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.
id commandBuffer = [_commandQueue commandBuffer];
有许多不同类型的GPU，每个GPU都以自己独特的方式接受和解释命令。 MTLCommandBuffer对象将这些命令合并为单个提交，但必须首先使用MTLCommandEncoder对象以与设备无关的方式对它们进行编码。有几种不同类型的MTLCommandEncoder类，每种类用于在GPU上执行不同类型的任务。此示例演示了如何使用MTLRenderCommandEncoder子类，该子类专门将渲染命令编码到命令缓冲区中。
此示例使用MTLRenderCommandEncoder对象对GPU命令进行编码，这些命令将像素渲染到MetalKit视图的drawable。为此，渲染命令编码器必须与此drawable特别关联。
要创建MTLRenderCommandEncoder对象，必须首先创建MTLRenderPassDescriptor对象。 MTLRenderPassDescriptor是一个轻量级临时对象，具有许多可配置属性，现有MTLCommandBuffer对象使用这些属性来创建新的MTLRenderCommandEncoder对象。之后，不再需要MTLRenderPassDescriptor对象。
下图说明了Metal的命令对象之间的关系。总结一下：
- 命令缓冲区（
Command buffers）是从命令队列（command queue）创建的 - 命令编码器（
Command encoders）将命令编码到命令缓冲区中 - 然后提交命令缓冲区并将其发送到
GPU -
GPU执行命令并将结果呈现为可绘制的
cb71d873de6bb360f157d16ddf98d73c
- Prepare a Frame - 准备一帧
MetalKit视图为每个帧创建一个新的MTLRenderPassDescriptor对象，通过currentRenderPassDescriptor属性提供。 此渲染过程描述符预先配置了特定于视图的属性，一些属性派生自视图的drawable，可用于轻松方便地创建新的MTLRenderCommandEncoder对象。
MTLRenderPassDescriptor *renderPassDescriptor = view.currentRenderPassDescriptor;
if(renderPassDescriptor != nil)
{
id renderEncoder = [commandBuffer renderCommandEncoderWithDescriptor:renderPassDescriptor];
renderEncoder.label = @"MyRenderEncoder";
[renderEncoder endEncoding];
[commandBuffer presentDrawable:view.currentDrawable];
}
编码到此MTLRenderCommandEncoder对象中的命令呈现给视图的drawable。 默认情况下，创建MTLRenderCommandEncoder对象会隐式编码GPU在任何其他渲染命令之前执行的清除clear命令。 clear命令将drawable的像素设置为在渲染循环开始时为clear color。
//1. 获取颜色值
Color color = [self makeFancyColor];
//2. 设置view的clearColor
view.clearColor = MTLClearColorMake(color.red, color.green, color.blue, color.alpha);
Finalize a Frame - 完成一帧
通常，Metal应用程序调用许多MTLRenderCommandEncoder方法，这些方法将显式渲染命令编码到命令缓冲区中。 为简单起见，此示例实际上不编码显式渲染命令，只有隐式清除命令被编码。 创建MTLRenderCommandEncoder对象后，该示例只调用endEncoding方法以指示编码器已完成。
编码器完成后，命令缓冲区(command buffer)接受两个最终命令：present和commit。
由于GPU不直接绘制到屏幕上，因此在完成执行命令之前无法绘制像素。 为避免因不完整的drawable导致的糟糕用户体验，请调用presentDrawable：方法。 此方法告诉Metal在屏幕上显示之前等待GPU完成渲染到drawable.
[commandBuffer presentDrawable:view.currentDrawable];
GPU也不会立即执行命令。 只有在调用commit方法后才会执行对MTLRenderCommandEncoder或MTLCommandBuffer对象的调用。 然后，Metal会调度命令缓冲区(command buffer)以供执行。 GPU开始执行时，将使用新颜色清除drawable。 GPU完成执行后，渲染的drawable将显示在屏幕上。