MetalGuide(2)资源与对象

MetalGuide系列第二部分

2021-12-25 约 2824 字预计阅读 6 分钟次阅读

0.资源对象

资源对象，主要包含为缓存Buffers和纹理Textures。

MTLBuffer它表示一块非格式化的内存可以存放任何类型的数据。它通常用于存放顶点数据、着色程序和计算状态数据。

MTLTexture，它表示一块有格式的图像数据，有特定的纹理类型和像素格式。它通常被用作顶点着色程序、片元着色程序、或是并行计算函数的纹理源，它也可以存放图形渲染的结果输出。通常MTLTexture结构为这几种：1维、2维、或3维的图像，或是1维、2维的图像数组，或是拥有6个2维图像的立方体。

MTLSamplerState，虽然采样器不是资源，但它总是用于纹理对象的查找计算。

1. 有关Buffer对象

1.1 创建Buffer对象

一个MTLBuffer对象表示了一个可以装载任何类型数据的内存片段。

下面的MTLDevice方法可以用于创建并返回类型MTLBuffer对象:

1.2 Buffer的对象方法

Buffer缓存对象有2种方法：

contents: 返回缓存对象对应内存的CPU地址;
newTextureWithDescriptor:offset:bytesPerRow: 创建某种特定类型的纹理。

2.Texture对象

2.1 创建Texture对象

下列的方法用于创建并返回一个MTLTexture对象：

newTextureWithDescriptor ：新分配内存并创建一个MTLTexture对象，创建时需要传入的MTLTextureDescriptor参数描述了纹理的属性； ⚠️它隶属于MTLDevice方法；
newTextureViewWithPixelFormat ：该方法创建出来的 MTLTexture新对象和调用源对象共享存储，并重新解释了源纹理对象对应内存的图像格式；调用入参的MTLPixelFormat参数类型必须兼容源纹理对象的图像格式；⚠️它隶属于MTLTexture方法;
newTextureWithDescriptor:offset:bytesPerRow ：创建一个MTLTexture对象，共享调用源对象的内存，作为它自己的图像数据；⚠️它隶属于MTLBuffer方法。

2.2 纹理描述符

MTLTextureDescriptor(纹理描述符)描述用于创建一个MTLTexture对象的各属性。包括图形尺寸(宽，高，深)，像素格式，组合模式(数组或是立方体)还有mipmaps的数量。

这些属性都只用在MTLTexture对象的创建过程中。当纹理对象创建完毕，descritor中的值后续再改变也不会影响纹理之前由它创建的对象。指定纹理的维度与组合模式(数组或立方)

Texture Descriptor内容组成以及含义如下图：

2.3 创建纹理描述符

对一个2D纹理或是立方纹理来说，下面的快捷方法可以创建MTLTextureDescriptor对象并且自动设置多个值：

texture2DDescriptorWithPixelFormat:width:height:mipmapped: 创建一个描述2D纹理的MTLTextureDescriptor对象，入参width和height定义2D纹理的尺寸， descriptor的type属性自动设置为MTLTextureType2D，属性depth和属性arrayLength自动设置为1；
textureCubeDescriptorWithPixelFormat:size:mipmapped: 创建一个描述立方纹理的MTLTextureDescriptor对象, 入参size被设置给width和height， type属性自动设置为MTLTextureTypeCube，属性depth和属性arrayLength自动设置为1 。

上面两个快捷方法都接受一个入参pixelFormat，它定义了纹理的像素格式。这两个方法都接受一个入参mipmapped(值为YES/NO)，它指定纹理是否支持mipmap ；

2.4 纹理分片(slice)

纹理分片是一个单独纹理数据(可能是1维、 2维或是3维)以及所有和它关联的mipmap。具有以下特点：

其基层的mipmap尺寸由MTLTextureDescriptor对象的width , height , depth属性设定；
mipmap的第 i 层的尺寸是基层的1/2ⁱ ;
立方cube(6个2维分片)和数组array(每个数组元素对应1个分片)类型的纹理可以有多个分片；一个单独纹理数据(可能是1维、 2维或是3维)只能有1个分片；

2.5 Copy图像数据进出纹理对象

以同步阻塞式拷贝图像数据进出纹理对象的内存，可以使用如下方法：

replaceRegion:mipmapLevel:slice:withBytes:bytesPerRow:bytesPerImage: 从withBytes参数表示的资源对象中拷贝指定区域的像素数据到一个指定的纹理切片的指定内存区域；
replaceRegion:mipmapLevel:withBytes:bytesPerRow: 和前一个方法类似，只是slice和bytesPerImage设置为0;
getBytes:bytesPerRow:bytesPerImage:fromRegion:mipmapLevel:slice: 获取指定切片的指定区域的像素数据 ;
getBytes:bytesPerRow:fromRegion:mipmapLevel: 和前一个方法类似，只是slice和bytesPerImage设置为0;

2.6 纹理MTLTexture像素格式

MTLTexture对象的MTLPixelFormat属性指定颜色、深度或是模板缓存数据中每一个像素如何组织。有3种像素格式：原生格式(ordinary), 紧密填充格式 (packed)和 压缩格式 (compressed):

原生格式 ：只有8、16或是32位颜色值，每个分量以升序内存地址排列，第一个分量处于最低的内存地址处；例如MTLPixelFormatRGBA8Unorm是一个32位格式颜色值，RGBA都各自占8bit;
紧密填充格式 ：把多个颜色分量结合起来从最低位LSB到最高位MSB存放在一个16位或是32位的值中；例如 MTLPixelFormatRGB10A2Uint是一个32位的填充格式色值,RGB都各自占8bit, A占2bit；
压缩格式 ：用于排列像素块的，每个块的布局被设定为这种像素格式；只能被用于2D、 2D数组或是立方类型的纹理;
其他格式：MTLPixelFormatGBGR422和MTLPixelFormatBGRG422是两种特殊的像素格式，用于存储 YUV颜色 空间的像素数据，只支持不含mipmap且width为偶数的2D类型的纹理。

还有几种支持sRGB颜色空间的格式，比如MTLPixelFormatRGBA8Unorm_sRGB和 MTLPixelFormatETC2_RGB8_sRGB ，sRGB颜色空间和线性颜色空间可以相互转换。

2.7 采样器状态(Sampler States)与纹理

MTLSamplerState对象(采样器状态)包含了用于纹理查找 的属性。

MTLSamplerState定义了寻址、过滤还有其他属性，用于一个图形着⾊色程序或是并行计算着色程序对一个MTLTexture对象实施采样操作。创建一个采样器state对象的步骤如下图：

⚠️注意：descriptor的属性值仅在创建MTLSamplerState对象时生效，state对象创建完成后，改变descriptor的属性值不会影响已经创建的state对象。

3. CPU/GPU内存一致性

CPU和GPU都可以访问同一个MTLResource类型的对象管理的存储数据。但是GPU和CPU的操作是异步进行的，为保持一致性，注意该事项：

当MTLDevice对象执行一个MTLCommandBuffer对象时，它只有在command buffer被提交之前才能观察到由CPU引起的Command-Buffer内存变化，一旦被提交即状态为MTLCommandBufferStatusCommitted ，MTLDevice对象就观察不到这些资源的变化情况了。

参考链接:

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