版本记录
| 版本号 | 时间 |
|---|---|
| V1.0 | 2018.10.10 星期三 |
前言
很多做视频和图像的，相信对这个框架都不是很陌生，它渲染高级3D图形，并使用GPU执行数据并行计算。接下来的几篇我们就详细的解析这个框架。感兴趣的看下面几篇文章。
1. Metal框架详细解析（一）—— 基本概览
2. Metal框架详细解析（二） —— 器件和命令（一）
3. Metal框架详细解析（三） —— 渲染简单的2D三角形（一）
4. Metal框架详细解析（四） —— 关于GPU Family 4（一）
5. Metal框架详细解析（五） —— 关于GPU Family 4之关于Imageblocks（二）
6. Metal框架详细解析（六） —— 关于GPU Family 4之关于Tile Shading（三）
7. Metal框架详细解析（七） —— 关于GPU Family 4之关于光栅顺序组（四）
8. Metal框架详细解析（八） —— 关于GPU Family 4之关于增强的MSAA和Imageblock采样覆盖控制（五）
9. Metal框架详细解析（九） —— 关于GPU Family 4之关于线程组共享（六）
10. Metal框架详细解析（十） —— 基本组件（一）
11. Metal框架详细解析（十一） —— 基本组件之器件选择 - 图形渲染的器件选择（二）
12. Metal框架详细解析（十二） —— 基本组件之器件选择 - 计算处理的设备选择（三）
13. Metal框架详细解析（十三） —— 计算处理（一）
14. Metal框架详细解析（十四） —— 计算处理之你好，计算（二）
15. Metal框架详细解析（十五） —— 计算处理之关于线程和线程组（三）
16. Metal框架详细解析（十六） —— 计算处理之计算线程组和网格大小（四）
17. Metal框架详细解析（十七） —— 工具、分析和调试（一）
18. Metal框架详细解析（十八） —— 工具、分析和调试之Metal GPU Capture（二）
19. Metal框架详细解析（十九） —— 工具、分析和调试之GPU活动监视器（三）
20. Metal框架详细解析（二十） —— 工具、分析和调试之关于Metal着色语言文件名扩展名、使用Metal的命令行工具构建库和标记Metal对象和命令（四）
21. Metal框架详细解析（二十一） —— 基本课程之基本缓冲区（一）
22. Metal框架详细解析（二十二） —— 基本课程之基本纹理（二）
23. Metal框架详细解析（二十三） —— 基本课程之CPU和GPU同步（三）
24. Metal框架详细解析（二十四） —— 基本课程之参数缓冲 - 基本参数缓冲（四）
25. Metal框架详细解析（二十五） —— 基本课程之参数缓冲 - 带有数组和资源堆的参数缓冲区（五）
26. Metal框架详细解析（二十六） —— 基本课程之参数缓冲 - 具有GPU编码的参数缓冲区（六）
27. Metal框架详细解析（二十七） —— 高级技术之图层选择的反射（一）
28. Metal框架详细解析（二十八） —— 高级技术之使用专用函数的LOD（一）
Dynamic Terrain with Argument Buffers - 具有参数缓冲区的动态地形
演示如何使用参数缓冲区通过GPU驱动的管道实时渲染动态地形。
此示例演示了室外景观的动态地形生成，使用参数缓冲区在GPU驱动的管道中选择地形材质，植被几何体和粒子效果。 该示例创建了一个具有视觉上不同区域的景观，称为栖息地，根据土地的高度而不同。 这些是示例中的栖息地，从最高海拔到最低海拔排序：
- 雪
- 岩
- 草
- 砂
注意：此示例使用参数缓冲区来避免需要在CPU上单独编码和发出命令的等效功能的CPU开销。 有关参数缓冲区的介绍，请参阅
Argument Buffers中列出的示例。
Respond to Landscape Alterations - 回应景观变更
景观的初始拓扑由静态高度图Terrain HeightMap.png确定。
_targetHeightmap = CreateTextureWithDevice (device, @"Textures/TerrainHeightMap.png", false, false);
在运行时，当您使用提供的控件更改格局时，样本会评估最新的拓扑，以确定是否应将新的栖息地应用于新的陆地高程。 如果是这样，样本将更新对应于土地的参数缓冲区，其中包含新栖息地的正确材料和植被几何形状。 该示例通过将陆地高程值传递给EvaluateTerrainAtLocation函数来渲染此新栖息地。
static void EvaluateTerrainAtLocation(float2 uv,
float3 worldPosition,
texture2d<float> heightMap,
texture2d<float> normalMap,
texture2d<float> propertiesMap,
constant const TerrainParams& terrainParams,
thread float outHabitat[TerrainHabitatTypeCOUNT],
thread float3 &outNormal)
Define an Argument Buffer for Terrain Habitats - 为地形栖息地定义参数缓冲区
该示例定义了一个自定义参数缓冲区结构TerrainHabitat，它定义了地形栖息地的元素。
struct TerrainHabitat
{
#ifndef METAL
// This struct should not be instantiated in C++ because it contains textures that aren't visible on the CPU
private:
TerrainHabitat ();
public:
#endif
float slopeStrength IAB_INDEX(TerrainHabitat_MemberIds::slopeStrength);
float slopeThreshold IAB_INDEX(TerrainHabitat_MemberIds::slopeThreshold);
float elevationStrength IAB_INDEX(TerrainHabitat_MemberIds::elevationStrength);
float elevationThreshold IAB_INDEX(TerrainHabitat_MemberIds::elevationThreshold);
float specularPower IAB_INDEX(TerrainHabitat_MemberIds::specularPower);
float textureScale IAB_INDEX(TerrainHabitat_MemberIds::textureScale);
bool flipNormal IAB_INDEX(TerrainHabitat_MemberIds::flipNormal);
struct ParticleProperties
{
// The fields of this struct must be reflected in TerrainHabitat_MemberIds
simd::float4 keyTimePoints;
simd::float4 scaleFactors;
simd::float4 alphaFactors;
simd::float4 gravity;
simd::float4 lightingCoefficients;
int doesCollide;
int doesRotate;
int castShadows;
int distanceDependent;
} particleProperties;
#ifdef METAL
texture2d_array <float,access::sample> diffSpecTextureArray IAB_INDEX(TerrainHabitat_MemberIds::diffSpecTextureArray);
texture2d_array <float,access::sample> normalTextureArray IAB_INDEX(TerrainHabitat_MemberIds::normalTextureArray);
#endif
};
在这些元素中，elevationStrength和elevationThreshold确定栖息地活跃的高程范围。 此外，diffSpecTextureArray和normalTextureArray确定用于渲染栖息地的纹理。
TerrainHabitat嵌套在另一个参数缓冲区TerrainParams中，它提供了许多轻微的视觉变化以增加真实感。
struct TerrainParams
{
TerrainHabitat habitats [TerrainHabitatTypeCOUNT];
float ambientOcclusionScale IAB_INDEX(TerrainParams_MemberIds::ambientOcclusionScale);
float ambientOcclusionContrast IAB_INDEX(TerrainParams_MemberIds::ambientOcclusionContrast);
float ambientLightScale IAB_INDEX(TerrainParams_MemberIds::ambientLightScale);
float atmosphereScale IAB_INDEX(TerrainParams_MemberIds::atmosphereScale);
};
TerrainHabitat是地形栖息地的特定参数缓冲区定义。 但是，由于此定义嵌套在TerrainParams中，因此TerrainParams对象是沿GPU管道传递的对象。
Render Terrain - 渲染地形
该示例为GPU提供了与各种栖息地相对应的纹理。 首先，该示例调用useResource：usage：方法来指示GPU使用哪些纹理。
for (int i = 0; i < _terrainTextures.size(); i++)
{
[renderEncoder useResource: _terrainTextures[i].diffSpecTextureArray
usage: MTLResourceUsageSample | MTLResourceUsageRead];
[renderEncoder useResource: _terrainTextures[i].normalTextureArray
usage: MTLResourceUsageSample | MTLResourceUsageRead];
}
然后，该示例调用setFragmentBuffer：offset：atIndex：方法来设置包含这些纹理terrainParamsBuffer的参数缓冲区。
[renderEncoder setFragmentBuffer:_terrainParamsBuffer offset:0 atIndex:_iabBufferIndex_PplTerrainMainView];
该示例访问片段函数terrain_fragment中的参数缓冲区，以输出地形的正确材质。 首先，样本将mat参数传递给片段函数。
fragment GBufferFragOut terrain_fragment (
const TerrainVertexOut in [[stage_in]],
constant TerrainParams & mat [[buffer(1)]],
constant AAPLUniforms& globalUniforms [[buffer(2)]],
texture2d<float> heightMap [[texture(0)]],
texture2d<float> normalMap [[texture(1)]],
texture2d<float> propertiesMap [[texture(2)]]
)
然后，样本将当前平台高程传递到EvaluateTerrainAtLocation函数，其中片段对与该高程对应的纹理进行采样。
BrdfProperties curSubLayerBrdf = sample_brdf (
mat.habitats [curLayerIdx].diffSpecTextureArray,
mat.habitats [curLayerIdx].normalTextureArray,
curSubLayerIdx,
mat.habitats [curLayerIdx].textureScale,
mat.habitats [curLayerIdx].specularPower,
mat.habitats [curLayerIdx].flipNormal,
in.worldPosition,
normal,
tangent,
bitangent );
Render Vegetation - 渲染植被
该示例通过AAPLTerrainRenderer实例将terrainParamsBuffer参数缓冲区传递给植被渲染过程。 此数据确定在给定位置呈现的植被类型。 首先，该示例调用setBuffer：offset：atIndex：方法为植被渲染过程设置参数缓冲区。
[computeEncoder setBuffer:terrain.terrainParamsBuffer offset:0 atIndex:3];
然后，示例将参数缓冲区传递给EvaluateTerrainAtLocation函数，该函数输出habitatPercentages值：
EvaluateTerrainAtLocation(uv_pos, world_pos, heightMap,
normalMap, propertiesMap, terrainParams,
habitatPercentages,
worldNormal);
处理栖息地百分比以选择植被几何中的特定索引，由pop_idx的值确定：
pop_idx = rules[rule_index].populationStartIndex + uint((s / rules[rule_index].densityInHabitat * float(rules[rule_index].populationIndexCount)));
最后，该示例使用此population索引在景观上渲染特定植被几何的实例：
vegetationSpawnInstance(pop_idx, world_matrix, float4(world_pos, radius), globalUniforms, instances, indirect);
Render Particles - 渲染粒子
该示例通过AAPLTerrainRenderer实例将terrainParamsBuffer参数缓冲区传递给粒子渲染过程。 此数据确定在给定位置呈现的粒子类型。 首先，该示例调用setBuffer：offset：atIndex：方法为粒子渲染过程设置参数缓冲区。
[enc setBuffer:[terrain terrainParamsBuffer] offset:0 atIndex:14];
然后，样本使用EvaluateTerrainAtLocation函数检查改变的景观中栖息地覆盖的相对百分比，其中示例传递粒子的3D位置。
EvaluateTerrainAtLocation (mouseUvPos, mouseWorldPos, heightMap,
normalMap, propsMap, terrainParams,
habitatPercentages,
worldNormal);
示例通过选择栖息地覆盖率最高的地形来选择适当的栖息地。
float highestLevel = 0.f;
for (uint i = 0; i < TerrainHabitatTypeCOUNT; i++)
{
if (habitatPercentages [i] > highestLevel)
{
highestLevel = habitatPercentages [i];
habitatIndex = i;
}
}
最后，从参数缓冲区中检索粒子的相应栖息地材料并将其设置到新粒子上。
ParticleData data;
data.habitatIndex = habitatIndex;
data.texture = terrainParams.habitats [habitatIndex].diffSpecTextureArray;
后记
本篇主要讲述了具有参数缓冲区的动态地形，感兴趣的给个赞或者关注~~~
