Metal 拷贝顶点数据的两种方式
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根据给定顶点数据集合的指针拷贝顶点数据，但是这种方法只适用于小于4 KB的一次性数据。
- (void)setVertexBytes:(const void *)bytes length:(NSUInteger)length atIndex:(NSUInteger)index; -
创建一个MTLBuffer全局缓冲区用于存储数据长度超过4 KB或可以多次使用，根据顶点缓冲区拷贝顶点数据。
/* 这个调用有3个参数 1) buffer - 包含需要传递数据的缓冲对象 2) offset - 它们从缓冲器的开头字节偏移，指示“顶点指针”指向什么。在这种情况下，我们通过0，所以数据一开始就被传递下来.偏移量 3) index - 一个整数索引，对应于我们的“vertexShader”函数中的缓冲区属性限定符的索引。注意，此参数与 -[MTLRenderCommandEncoder setVertexBytes:length:atIndex:] “索引”参数相同。 */- (void)setVertexBuffer:(nullable id <MTLBuffer>)buffer offset:(NSUInteger)offset atIndex:(NSUInteger)index;
如何使用MTLBuffer进行拷贝顶点数据并进行图形渲染？
流程图.png
与Metal Sample Code (Hello Triangle)
差别仅在于顶点数据的处理。
Shader文件
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顶点着色器
#include <metal_stdlib> //使用命名空间 Metal using namespace metal; // 导入Metal shader 代码和执行Metal API命令的C代码之间共享的头 #import "CCShaderTypes.h" // 顶点着色器输出和片段着色器输入 //结构体 typedef struct { //处理空间的顶点信息 float4 clipSpacePosition [[position]]; //颜色 float4 color; } RasterizerData; //顶点着色函数 vertex RasterizerData vertexShader(uint vertexID [[vertex_id]], constant CCVertex *vertices [[buffer(CCVertexInputIndexVertices)]], constant vector_uint2 *viewportSizePointer [[buffer(CCVertexInputIndexViewportSize)]]) { /* 处理顶点数据: 1) 执行坐标系转换,将生成的顶点剪辑空间写入到返回值中. 2) 将顶点颜色值传递给返回值 */ //定义out RasterizerData out; //初始化输出剪辑空间位置 out.clipSpacePosition = vector_float4(0.0, 0.0, 0.0, 1.0); // 索引到我们的数组位置以获得当前顶点 // 我们的位置是在像素维度中指定的. float2 pixelSpacePosition = vertices[vertexID].position.xy; //将vierportSizePointer 从verctor_uint2 转换为vector_float2 类型 vector_float2 viewportSize = vector_float2(*viewportSizePointer); //每个顶点着色器的输出位置在剪辑空间中(也称为归一化设备坐标空间,NDC),剪辑空间中的(-1,-1)表示视口的左下角,而(1,1)表示视口的右上角. //计算和写入 XY值到我们的剪辑空间的位置.为了从像素空间中的位置转换到剪辑空间的位置,我们将像素坐标除以视口的大小的一半. out.clipSpacePosition.xy = pixelSpacePosition / (viewportSize / 2.0); //把我们输入的颜色直接赋值给输出颜色. 这个值将于构成三角形的顶点的其他颜色值插值,从而为我们片段着色器中的每个片段生成颜色值. out.color = vertices[vertexID].color; //完成! 将结构体传递到管道中下一个阶段: return out; } //当顶点函数执行3次,三角形的每个顶点执行一次后,则执行管道中的下一个阶段.栅格化/光栅化.
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片元着色器
// 片元函数 //[[stage_in]],片元着色函数使用的单个片元输入数据是由顶点着色函数输出.然后经过光栅化生成的.单个片元输入函数数据可以使用"[[stage_in]]"属性修饰符. //一个顶点着色函数可以读取单个顶点的输入数据,这些输入数据存储于参数传递的缓存中,使用顶点和实例ID在这些缓存中寻址.读取到单个顶点的数据.另外,单个顶点输入数据也可以通过使用"[[stage_in]]"属性修饰符的产生传递给顶点着色函数. //被stage_in 修饰的结构体的成员不能是如下这些.Packed vectors 紧密填充类型向量,matrices 矩阵,structs 结构体,references or pointers to type 某类型的引用或指针. arrays,vectors,matrices 标量,向量,矩阵数组. fragment float4 fragmentShader(RasterizerData in [[stage_in]]) { //返回输入的片元颜色 return in.color; }
初始化
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加载Shader文件
//1.设置绘制纹理的像素格式 mtkView.colorPixelFormat = MTLPixelFormatBGRA8Unorm_sRGB; //2.从项目中加载所以的.metal着色器文件 id<MTLLibrary> defaultLibrary = [_device newDefaultLibrary]; //从库中加载顶点函数 id<MTLFunction> vertexFunction = [defaultLibrary newFunctionWithName:@"vertexShader"]; //从库中加载片元函数 id<MTLFunction> fragmentFunction = [defaultLibrary newFunctionWithName:@"fragmentShader"]; -
加载渲染管道
//3.配置用于创建管道状态的管道 MTLRenderPipelineDescriptor *pipelineStateDescriptor = [[MTLRenderPipelineDescriptor alloc] init]; //管道名称 pipelineStateDescriptor.label = @"Simple Pipeline"; //可编程函数,用于处理渲染过程中的各个顶点 pipelineStateDescriptor.vertexFunction = vertexFunction; //可编程函数,用于处理渲染过程总的各个片段/片元 pipelineStateDescriptor.fragmentFunction = fragmentFunction; //设置管道中存储颜色数据的组件格式 pipelineStateDescriptor.colorAttachments[0].pixelFormat = mtkView.colorPixelFormat; //4.同步创建并返回渲染管线对象 NSError *error = NULL; _pipelineState = [_device newRenderPipelineStateWithDescriptor:pipelineStateDescriptor error:&error]; //判断是否创建成功 if (!_pipelineState) { NSLog(@"Failed to created pipeline state, error %@", error); } -
处理顶点数据
NSData *vertexData = [CCRenderer generateVertexData]; //创建一个vertex buffer,可以由GPU来读取 _vertexBuffer = [_device newBufferWithLength:vertexData.length options:MTLResourceStorageModeShared]; //复制vertex data 到vertex buffer 通过缓存区的"content"内容属性访问指针 /* memcpy(void *dst, const void *src, size_t n); dst:目的地 src:源内容 n: 长度 */ memcpy(_vertexBuffer.contents, vertexData.bytes, vertexData.length); //计算顶点个数 = 顶点数据长度 / 单个顶点大小 _numVertices = vertexData.length / sizeof(CCVertex); -
创建命令队列
_commandQueue = [_device newCommandQueue];
渲染(drawInMTKView:)
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创建命令缓冲区
//1.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]; //指定缓存区名称 commandBuffer.label = @"MyCommand"; -
获取渲染描述符
//2. MTLRenderPassDescriptor:一组渲染目标，用作渲染通道生成的像素的输出目标。 //currentRenderPassDescriptor 从currentDrawable's texture,view's depth, stencil, and sample buffers and clear values. MTLRenderPassDescriptor *renderPassDescriptor = view.currentRenderPassDescriptor; //判断渲染目标是否为空 -
通过描述符创建渲染编码器
//创建渲染命令编码器,这样我们才可以渲染到something id<MTLRenderCommandEncoder> renderEncoder = [commandBuffer renderCommandEncoderWithDescriptor:renderPassDescriptor]; //渲染器名称 renderEncoder.label = @"MyRenderEncoder"; //3.设置我们绘制的可绘制区域 /* typedef struct { double originX, originY, width, height, znear, zfar; } MTLViewport; */ [renderEncoder setViewport:(MTLViewport){0.0, 0.0, _viewportSize.x, _viewportSize.y, -1.0, 1.0 }]; //4. 设置渲染管道 [renderEncoder setRenderPipelineState:_pipelineState]; -
设置顶点数据及视口大小
//将_vertexBuffer 设置到顶点缓存区中 [renderEncoder setVertexBuffer:_vertexBuffer offset:0 atIndex:CCVertexInputIndexVertices]; //将 _viewportSize 设置到顶点缓存区绑定点设置数据 [renderEncoder setVertexBytes:&_viewportSize length:sizeof(_viewportSize) atIndex:CCVertexInputIndexViewportSize]; -
绘制
[renderEncoder drawPrimitives:MTLPrimitiveTypeTriangle vertexStart:0 vertexCount:_numVertices]; //7/表示已该编码器生成的命令都已完成,并且从NTLCommandBuffer中分离 [renderEncoder endEncoding]; //8.一旦框架缓冲区完成，使用当前可绘制的进度表 [commandBuffer presentDrawable:view.currentDrawable]; //9.最后,在这里完成渲染并将命令缓冲区推送到GPU [commandBuffer commit];
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