//初始化MTKView

- (nonnull instancetype)initWithMetalKitView:(nonnull MTKView *)mtkView

{

    self= [superinit];

    if(self)

    {

        NSError*error =NULL;

        //1.获取GPU 设备

        _device= mtkView.device;

        //2.在项目中加载所有的(.metal)着色器文件

        // 从bundle中获取.metal文件

        id defaultLibrary = [_devicenewDefaultLibrary];

        //从库中加载顶点函数

        id vertexFunction = [defaultLibrarynewFunctionWithName:@"vertexShader"];

        //从库中加载片元函数

        id fragmentFunction = [defaultLibrarynewFunctionWithName:@"fragmentShader"];

        //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,用于处理渲染过程中各个片段/片元

        pipelineStateDescriptor.fragmentFunction= fragmentFunction;

        //一组存储颜色数据的组件

        pipelineStateDescriptor.colorAttachments[0].pixelFormat= mtkView.colorPixelFormat;

        //4.同步创建并返回渲染管线状态对象

        _pipelineState= [_devicenewRenderPipelineStateWithDescriptor:pipelineStateDescriptorerror:&error];

        //判断是否返回了管线状态对象

        if (!_pipelineState)

        {

            //如果我们没有正确设置管道描述符，则管道状态创建可能失败

            NSLog(@"Failed to created pipeline state, error %@", error);

            returnnil;

        }

        //5.创建命令队列

        _commandQueue = [_device newCommandQueue];

    }

    return self;

}

//每当视图需要渲染帧时调用

- (void)drawInMTKView:(nonnullMTKView*)view

{

    //1. 顶点数据/颜色数据

    staticconstCCVertextriangleVertices[] =

    {

        //顶点,    RGBA 颜色值

        { {  0.5, -0.25,0.0,1.0}, {1,0,0,1} },

        { { -0.5, -0.25,0.0,1.0}, {0,1,0,1} },

        { { -0.0f,0.25,0.0,1.0}, {0,0,1,1} },

    };

    //2.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";

    //3.

    // MTLRenderPassDescriptor:一组渲染目标，用作渲染通道生成的像素的输出目标。

    MTLRenderPassDescriptor *renderPassDescriptor = view.currentRenderPassDescriptor;

    //判断渲染目标是否为空

    if(renderPassDescriptor !=nil)

    {

        //4.创建渲染命令编码器,这样我们才可以渲染到something

        id renderEncoder =[commandBufferrenderCommandEncoderWithDescriptor:renderPassDescriptor];

        //渲染器名称

        renderEncoder.label=@"MyRenderEncoder";

        //5.设置我们绘制的可绘制区域

        /*

        typedef struct {

            double originX, originY, width, height, znear, zfar;

        } MTLViewport;

         */

        //视口指定Metal渲染内容的drawable区域。 视口是具有x和y偏移，宽度和高度以及近和远平面的3D区域

        //为管道分配自定义视口需要通过调用setViewport：方法将MTLViewport结构编码为渲染命令编码器。 如果未指定视口，Metal会设置一个默认视口，其大小与用于创建渲染命令编码器的drawable相同。

        MTLViewportviewPort = {

            0.0,0.0,_viewportSize.x,_viewportSize.y,-1.0,1.0

        };

        [renderEncodersetViewport:viewPort];

        //[renderEncoder setViewport:(MTLViewport){0.0, 0.0, _viewportSize.x, _viewportSize.y, -1.0, 1.0 }];

        //6.设置当前渲染管道状态对象

        [renderEncodersetRenderPipelineState:_pipelineState];

        //7.从应用程序OC 代码 中发送数据给Metal 顶点着色器 函数

        //顶点数据+颜色数据

        //  1) 指向要传递给着色器的内存的指针

        //  2) 我们想要传递的数据的内存大小

        //  3)一个整数索引，它对应于我们的“vertexShader”函数中的缓冲区属性限定符的索引。

        [renderEncodersetVertexBytes:triangleVertices

                               length:sizeof(triangleVertices)

                              atIndex:CCVertexInputIndexVertices];

        //viewPortSize 数据

        //1) 发送到顶点着色函数中,视图大小

        //2) 视图大小内存空间大小

        //3) 对应的索引

        [renderEncodersetVertexBytes:&_viewportSize

                               length:sizeof(_viewportSize)

                              atIndex:CCVertexInputIndexViewportSize];

        //8.画出三角形的3个顶点

        // @method drawPrimitives:vertexStart:vertexCount:

        //@brief 在不使用索引列表的情况下,绘制图元

        //@param 绘制图形组装的基元类型

        //@param 从哪个位置数据开始绘制,一般为0

        //@param 每个图元的顶点个数,绘制的图型顶点数量

        /*

         MTLPrimitiveTypePoint = 0, 点

         MTLPrimitiveTypeLine = 1, 线段

         MTLPrimitiveTypeLineStrip = 2, 线环

         MTLPrimitiveTypeTriangle = 3,  三角形

         MTLPrimitiveTypeTriangleStrip = 4, 三角型扇

         */

        [renderEncoderdrawPrimitives:MTLPrimitiveTypeTriangle

                          vertexStart:0

                          vertexCount:3];

        //9.表示已该编码器生成的命令都已完成,并且从NTLCommandBuffer中分离

        [renderEncoderendEncoding];

        //10.一旦框架缓冲区完成，使用当前可绘制的进度表

        [commandBufferpresentDrawable:view.currentDrawable];

    }

    //11.最后,在这里完成渲染并将命令缓冲区推送到GPU

    [commandBuffercommit];

}

Metal文件：（语法下篇介绍）

#include 

//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

    float4clipSpacePosition [[position]];

    //颜色

    float4color;

} RasterizerData;

//顶点着色函数

vertex RasterizerData

vertexShader(uintvertexID [[vertex_id]],

             constantCCVertex*vertices [[buffer(CCVertexInputIndexVertices)]],

             constantvector_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

    RasterizerDataout; 

//    //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);

    out.clipSpacePosition= vertices[vertexID].position;

    //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:

    returnout;

}

//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.

// 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.

fragmentfloat4fragmentShader(RasterizerDatain [[stage_in]])

{

    //返回输入的片元颜色

    returnin.color;

}

用于OC和Metal桥接的文件：

/*

 介绍:

 头文件包含了 Metal shaders 与C/OBJC 源之间共享的类型和枚举常数

*/

#ifndef CCShaderTypes_h

#define CCShaderTypes_h

// 缓存区索引值 共享与 shader 和 C 代码 为了确保Metal Shader缓存区索引能够匹配 Metal API Buffer 设置的集合调用

typedef enum CCVertexInputIndex

{

    //顶点

    CCVertexInputIndexVertices    =0,

    //视图大小

    CCVertexInputIndexViewportSize =1,

} CCVertexInputIndex;

//结构体: 顶点/颜色值

typedef struct

{

    // 像素空间的位置

    // 像素中心点(100,100)

    vector_float4 position;

    // RGBA颜色

    vector_float4 color;

} CCVertex;

#endif