如何使用 Metal 绘制视图的内容

使用 Metal 渲染图形内容的初级指南

概述

Metal 是一种低级别的图形 API，它允许开发者直接访问图形硬件，从而获得卓越的性能。利用 Metal，你可以创建各种图形密集型应用程序，包括游戏、视频编辑和 3D 建模。本文将深入探讨如何使用 Metal 渲染图形内容，这对于希望充分利用 Apple 设备图形功能的开发者至关重要。

MetalKit View

MetalKit View 是一个 UIView 子类，专为 Metal 渲染而设计。它提供了一个 API，用于创建和管理 Metal 绘制命令。要创建一个 MetalKit View，只需在故事板或代码中添加一个新的 UIView，并将它的类类型设置为 MTKView。

渲染过程

渲染过程涉及使用一组命令将图形内容渲染到屏幕上的过程。在 Metal 中，渲染过程通过称为渲染过程的命令集合来实现。渲染过程指定了要绘制的内容以及如何绘制。

创建渲染过程

要创建渲染过程，你需要使用 MTLCommandBuffer 对象。MTLCommandBuffer 对象本质上是一个命令队列，包含所有要执行的命令。你可以使用 MTKView 的 newCommandBuffer() 方法创建一个 MTLCommandBuffer 对象。

添加命令

使用 MTLCommandBuffer 对象的 addDrawables() 方法将命令添加到渲染过程中。可绘制对象可以是 UIView、CALayer 或 CIImage 对象。

渲染

要渲染渲染过程，你需要使用 MTKView 的 draw() 方法。MTKView 的 draw() 方法执行 MTLCommandBuffer 对象中包含的所有命令，并将结果渲染到屏幕上。

示例代码

以下代码示例展示了如何使用 Metal 绘制视图内容：

// 创建 MetalKit View
let metalKitView = MTKView()

// 设置 MetalKit View 的 frame
metalKitView.frame = self.view.frame

// 将 MetalKit View 添加到视图
self.view.addSubview(metalKitView)

// 创建 Metal 设备
let metalDevice = MTLCreateSystemDefaultDevice()

// 创建 MTLCommandQueue 对象
let commandQueue = metalDevice?.makeCommandQueue()

// 创建 MTLRenderPassDescriptor 对象
let renderPassDescriptor = MTLRenderPassDescriptor()

// 设置 MTLRenderPassDescriptor 对象的 colorAttachments 属性
renderPassDescriptor.colorAttachments[0].texture = metalKitView.currentDrawable?.texture
renderPassDescriptor.colorAttachments[0].loadAction = .clear
renderPassDescriptor.colorAttachments[0].clearColor = MTLClearColor(red: 0.0, green: 0.0, blue: 0.0, alpha: 1.0)

// 创建 MTLCommandBuffer 对象
let commandBuffer = commandQueue?.makeCommandBuffer()

// 创建 MTLRenderCommandEncoder 对象
let renderCommandEncoder = commandBuffer?.makeRenderCommandEncoder(descriptor: renderPassDescriptor)

// 设置 MTLRenderCommandEncoder 对象的 viewport 属性
renderCommandEncoder?.setViewport(MTLViewport(originX: 0.0, originY: 0.0, width: Double(metalKitView.frame.size.width), height: Double(metalKitView.frame.size.height), znear: -1.0, zfar: 1.0))

// 绘制图形内容
renderCommandEncoder?.drawPrimitives(type: .triangle, vertexStart: 0, vertexCount: 3)

// 结束 MTLRenderCommandEncoder 对象
renderCommandEncoder?.endEncoding()

// 提交 MTLCommandBuffer 对象
commandBuffer?.commit()

// 呈现 MetalKit View
metalKitView.present()

常见问题解答

• Metal 与 OpenGL ES 有什么区别？
  Metal 是 Apple 为其设备设计的特定图形 API，而 OpenGL ES 是一种跨平台图形 API。Metal 提供了对底层硬件的直接访问，而 OpenGL ES 则更具抽象性。

• Metal 适用于哪些类型的应用程序？
  Metal 适用于需要高性能图形处理的各种应用程序，例如游戏、视频编辑、3D 建模和虚拟现实。

• 学习 Metal 难吗？
  对于有图形编程经验的开发者来说，学习 Metal 相对容易。但是，初学者可能需要花一些时间来熟悉它的低级性质。

• Metal 能在非 Apple 设备上使用吗？
  不，Metal 仅适用于 Apple 设备，因为它依赖于 Apple 的图形硬件。

• Metal 的未来是什么？
  Metal 仍处于发展阶段，但它已经成为移动和桌面图形编程的强大选择。随着 Apple 设备功能的不断提升，Metal 预计将在未来继续发挥重要作用。

结论

Metal 是一个功能强大的图形 API，它允许开发者充分利用 Apple 设备的图形功能。本文提供了使用 Metal 渲染图形内容的基础知识，为开发者提供了踏入 Metal 世界所需的工具和知识。通过掌握 Metal 的强大功能，开发者可以创建令人惊叹的图形体验，提升应用程序的用户参与度和视觉效果。