学习使用苹果GPU加速3D绘图的新API:Metal Metal和OpenGL ES相似，它也是一个底层API，负责和3D绘图硬件交互。它们之间的不同在于，Metal不是跨平台的, Metal 是用 Objective-C 编 写的，基于 Foundation，使用 GCD 在 CPU 和 GPU 之间保持同步。与之相反的，它设计的在苹果硬件上运行得极其高效，与OpenGL ES相比，它提供了更快的速度和更低的开销。它是一个GPU上一个简单的封装，所以能够完成几乎所有事情，像在屏幕上渲染一个精灵（sprite）或者是一个3D模型。但你要编写完成这些事情的所有代码。这样麻烦的代价是，你拥有了GPU的力量和控制。 优点： 1、使硬件达到运行效率的峰值：因为Metal非常底层，它允许你使硬件达到运行效率的峰值，对你的游戏如何运行有着完全的控制。 2、这是一个很好的学习经历：学习Metal教导你很多关于3D绘图编程的概念，编写你自己的游戏引擎，以及高层(higher level)游戏框架如何运作。

关于metal详细的介绍可参考：Metal

Metal渲染流程图.png 以下是使用Metal和Swift来创建一个有基本脉络的应用：画一个简单的三角形。

注意：Metal应用不能跑在iOS模拟器上，它们需要一个设备，设备上装载着苹果A7芯片或者更新的芯片。所以需要一台这样的设备(iPhone 5S,iPad Air,iPad mini2)来完成代码的测试。 打开Xcode 通过iOS\Application\Single View Application template创建一个新的项目。使用TriangleSwift作为项目名称，设置开发语言为Swift，设置设备为通用设备(Universal)。点击Next，选择一个目录，点击Create。 有七个步骤来设置metal： 1 创建一个MTLDevice 2 创建一个CAMetalLayer 3 创建一个Vertex Buffer 4 创建一个Vertex Shader 5 创建一个Fragment Shader 6 创建一个Render Pipeline 7 创建一个Command Queue

1 创建一个MTLDevice

使用Metal你要做的第一件事就是获取一个MTLDevice的引用。 为了完成这点，打开ViewController.swift 并添加下面的import语句

import Metal 导入了Metal框架，所以你能够使用Metal的类（像这文件中的MTLDevice）。接着，在ViewController类中添加以下属性： 在viewDidLoad函数内初始化这个属性

2 创建一个CAMetalLayer

在iOS里，你在屏幕上看见的所有东西，被一个CALayer所承载。存在不同特效的CALayer的子类，比如：渐变层(gradient layers)、形状层（shapelayers）、重复层(replicator layers) 等等。如果你想要用Metal在屏幕上画一些东西，你需要使用一个特别的CALayer子类，CAMetalLayer。 因为CAMetalLayer是QuartzCore框架的部分，而不是Metal框架里的，首先在这个文件的上方添加import语句

import QuartzCore 把新属性添加到类中：

设置metalLayer

3 创建一个Vertex Buffer

创建一个缓冲区。在你的类中添加下列的常量属性

在MTLDevice上调用makeBuffer(bytes:, length:, options:)，在GPU创建一个新的buffer，从CPU里输送data。options不能为空。

4 创建一个Vertex Shader

你之前创建的顶点将成为接下来写的一个叫vertext shader的小程序的输入。 一个vertex shader 是一个在GPU上运行的小程序，它由像c++的一门语言编写，那门语言叫做Metal Shading Language。 一个vertex shader被每个顶点调用，它的工作是接受顶点的信息（如：位置和颜色、纹理坐标），返回一个潜在的修正位置（可能还有别的相关信息） 点击File\New\File，选择iOS\Source\Metal File，然后点击Next。输入Shader.metal作为文件名，然后点击Create。

// 一个vertex shader被每个顶点调用，它的工作是接受顶点的信息（如：位置和颜色、纹理坐标），返回一个潜在的修正位置（可能还有别的相关信息）

using namespace metal; /** * 1、所有的vertex shaders必须以关键字vertex开头。函数必须至少返回顶点的最终位置——你通过指定float4（一个元素为4个浮点数的向量）。然后你给一个名字给vetex shader，以后你将用这个名字来访问这个vertex shader。 * 2、vertex shader会接受一个名叫vertex_id的属性的特定参数，它意味着它会被vertex数组里特定的顶点所装入。 * 3、一个指向一个元素为packed_float4(一个向量包含4个浮点数)的数组的指针，如：每个顶点的位置。这个 [[ … ]] 语法被用在声明那些能被用作特定额外信息的属性，像是资源位置，shader输入，内建变量。这里你把这个参数用 [[ buffer(0) ]] 标记，来指明这个参数将会被在你代码中你发送到你的vertex shader的第一块buffer data所遍历。 * 4、基于vertex id来检索vertex数组中对应位置的vertex并把它返回。向量必须为一个float4类型 vertex float4 basic_vertex ( constant packed_float3* vertex_array[[buffer(0)]], unsigned int vid[[vertex_id]]){ return float4(vertex_array[vid], 1.0); } */ 5 创建一个Fragment Shader

完成vertex shader后，另一个shader，它被每个在屏幕上的fragment(think pixel)调用，它就是fragment shader。 fragment shader通过内插(interpolating)vertex shader的输出来获得自己的输入。

/* 1. 所有fragment shaders必须以fragment关键字开始。这个函数必须至少返回fragment的最终颜色——你通过指定half4（一个颜色的RGBA值）来完成这个任务。注意，half4比float4在内存上更有效率，因为，你写入了更少的GPU内存。 2. 这里你返回(0.6,0.6,0.6,0.6)的颜色，也就是灰色。 */ fragment half4 basic_fragment() { return half4(0.6); } 6 创建一个Render Pipeline

现在你已经创建了一个vertex shader和一个fragment shader，你需要组合它们（加上一些配置数据）到一个特殊的对象，它名叫render pipeline。Metal的渲染器（shaders）是预编译的，render pipeline 配置会在你第一次设置它的时候被编译，所以所有事情都极其高效。 首先在ViewController.swift里添加一个属性：

在viewDidLoad方法最后添加如下代码：

// 6.1 通过调用device.newDefaultLibrary方法获得的MTLibrary对象访问到你项目中的预编译shaders,然后通过名字检索每个shader let defaultLibrary = device.newDefaultLibrary() let fragmentProgram = defaultLibrary?.makeFunction(name: “basic_fragment”) let vertextProgram = defaultLibrary?.makeFunction(name: “basic_vertex”) // 6.2 这里设置你的render pipeline。它包含你想要使用的shaders、颜色附件（color attachment）的像素格式(pixel format)。（例如：你渲染到的输入缓冲区，也就是CAMetalLayer） let pipelineStateDescriptor = MTLRenderPipelineDescriptor() pipelineStateDescriptor.vertexFunction = vertextProgram pipelineStateDescriptor.fragmentFunction = fragmentProgram pipelineStateDescriptor.colorAttachments[0].pixelFormat = .bgra8Unorm 7 创建一个Command Queue

你需要做的最终的设置步骤，是创建一个MTLCommandQueue。 把这个想象成是一个列表装载着你告诉GPU一次要执行的命令。 要创建一个command queue，简单地添加一个属性：

把下面这行添加到viewDidLoad中：

预设置的代码到这里完成了。 接下来就是渲染三角形了，它将需要在五个步骤来完成： 1 创建一个Display link。 2 创建一个Render Pass Descriptor 3 创建一个Command Buffer 4 创建一个Render Command Encoder 5 提交Command Buffer的内容 注意：理论上这个应用实际上不需要每帧渲染，因为三角形被绘制之后不会动。但是，大部分应用会有物体的移动，所以我们会那样做。

1 创建一个Display link

在iOS平台上，通过CADisplayLink 类，可以创建一个函数在每次设备屏幕刷新的时候被调用，这样你就可以重绘屏幕。 为了使用它，在类里添加一个新的属性：

初始化timer

渲染的代码在render()中实现

2 创建一个Render Pass Descriptor

3 创建一个Command Buffer

一个command buffer包含一个或多个渲染指令（render commands）。

4 创建一个渲染命令编码器(Render Command Encoder)

// 10、创建一个渲染命令编码器(Render Command Encoder) // 创建一个command encoder，并指定你之前创建的pipeline和顶点 let renderEncoder = commandBuffer.makeRenderCommandEncoder(descriptor: renderPassDesciptor) renderEncoder.setRenderPipelineState(pipelineState) renderEncoder.setVertexBuffer(vertexBuffer, offset: 0, at: 0) /** 绘制图形 - parameter type: 画三角形 - parameter vertexStart: 从vertex buffer 下标为0的顶点开始 - parameter vertexCount: 顶点数 - parameter instanceCount: 总共有1个三角形 */ renderEncoder.drawPrimitives(type: .triangle, vertexStart: 0, vertexCount: 3, instanceCount: 1)

5 提交Command Buffer

学习资料：

• 苹果Metal开发者文档，有很多文档、录像、样例代码的链接。 • 苹果的Metal编程指导 • 苹果的Metal Shading Language 指导 • WWDC2014 Metal录像