三、Metal和OpenGL ES的差异

OpenGL的历史已经超过25年。基于当时设计原则，OpenGL不支持多线程，异步操作，还有着臃肿的特性。为了更好利用GPU，苹果设计了Metal。 Metal的目标包括更高效的CPU&GPU交互，减少CPU负载，支持多线程执行，可预测的操作，资源控制和同异步控制；接口与OpenGL类似，但更加切合苹果设计的GPUs。

Metal的关系图

Metal的关系图如上，其中的Device是GPU设备的抽象，负责管道相关对象的创建：

Device

Metal和OpenGL ES的代码对比

我们先看一段OpenGL ES的渲染代码，我们可以抽象为Render Targets的设定，Shaders绑定，设置Vertex Buffers、Uniforms和Textures，最后调用Draws指令。

glBindFramebuffer(GL_FRAMEBUFFER, myFramebuffer);
glUseProgram(myProgram);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, myVertexBuffer);
glBindBuffer(GL_UNIFORM_BUFFER, myUniforms);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, myColorTexture);
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, numVertices);

再看Metal的渲染代码： Render Targets设定 是创建encoder； Shaders绑定 是设置pipelineState； 设置Vertex Buffers、Uniforms和Textures 是setVertexBuffer和setFragmentBuffer； 调用Draws指令 是drawPrimitives； 最后需要再调用一次endEncoding。

encoder = [commandBuffer renderCommandEncoderWithDescriptor:descriptor]; [encoder setPipelineState:myPipeline];
[encoder setVertexBuffer:myVertexData offset:0 atIndex:0];
[encoder setVertexBuffer:myUniforms offset:0 atIndex:1];
[encoder setFragmentBuffer:myUniforms offset:0 atIndex:1];
[encoder setFragmentTexture:myColorTexture atIndex:0];
[encoder drawPrimitives:MTLPrimitiveTypeTriangle vertexStart:0  vertexCount:numVertices];
[encoder endEncoding];

Metal和OpenGL ES的同异步处理

如下图，是用OpenGL ES实现一段渲染的代码。CPU在Frame1的回调中写入数据到buffer，之后GPU会从buffer中读取Frame1写入的数据。

但在Frame2 CPU在往Buffer写入数据时，Buffer仍存储着Frame1的数据，且GPU还在使用该buffer，于是Frame2必须等待Frame1渲染完毕，造成阻塞。如下，会产生CPU的wait和GPU的idle。

Metal的处理方案会更加高效。如下图，Metal会申请三个buffer对应三个Frame，然后根据GPU的渲染回调，实时更新buffer的缓存。 在Frame2的时候，CPU会操作Buffer2，而GPU会读取Buffer1，并行操作以提高效率。

总结

Metal系列入门教程介绍了Metal的图片绘制、三维变换、视频渲染、天空盒、计算管道、Metal与OpenGL ES交互。结合本文的总结，能对Metal产生基本的认知，看懂大部分Metal渲染的代码。 接下来的学习方向是Metal进阶，包括Metal滤镜链的设计与实现、多重colorAttachments渲染、绿幕功能实现、更复杂的通用计算比如MPSImageHistogram，Shader的性能优化等。

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