Dav*_*d H 4 opengl ios metal metalkit
几年前，Apple 开始警告任何在其应用程序中使用GLKit 的人OpenGL即将消失：
警告：OpenGLES 已弃用。考虑迁移到 Metal，而不是
警告：GLKit 已弃用。考虑迁移到 MetalKit
我的应用程序使用复杂的 OpenGL 类，并且我不知道OpenGL或Metal。Apple 有一些关于此的 WWDC 会议，但它们是针对OpenGL专家的。由于 Apple 有一天会删除 OpenGL，所以我想在我只有几个月的时间之前立即开始这项工作。我应该怎么办？
当我开始在 iOS12 中看到构建错误消息时：
\n\n\n警告：OpenGLES 已弃用。考虑迁移到 Metal
\n
\n警告：GLKit 已弃用。考虑迁移到 MetalKit
我知道我必须做点什么。谁知道 Apple 何时会删除OpenGL和GLKit？相信我，您不想等到几个月的时间才转换为Metal，因为这个过程绝不是直截了当的。
\n以下是我将Objective-C/OpenGL视图转换为Metal的过程。这是一个漫长而艰辛的过程，有好几次\n我把头伏在桌子上沮丧地哭泣。
\n我建议其他人也采取我采取的基本步骤：
\n就我而言，我需要克服三个障碍：将视图转换为Swift ，在Metal中重新创建功能，然后将所有GLK向量和矩阵值以及操作替换为simd。
\n我对继续进行的建议：
\n我无法强调这一点\xe2\x80\x94 每次更改一些操作并测试它们时都会提交！您肯定会破坏一些东西，这样您就可以引用早期的工作代码。
\n测试工具将被证明是有用的，因为您可能会发现时间变化会导致不良行为。就我而言，我创建了两个线束，第二个线束中有更多应用程序代码，以便我可以更好地调试实际使用情况。
\n我分叉了一个开源项目Panorama。master分支包含Metal/simd代码，Swift-OpenGL分支包含原始ObjectiveC代码以及Swift转换。这可以让读者并排比较两者。但是，您不需要参考它来了解如何将ObjectiveC中的OpenGL代码转换为Swift ，或将GLKit向量和矩阵转换为simd，如下所示。
\nOpenGL代码大量使用指针，而这些在Swift中有点麻烦。例如：
\nGLfloat *m_TexCoordsData; // treated as an array of pairs of floats\nglTexCoordPointer(2, GL_FLOAT, 0, m_TexCoordsData);\n成为
\nstruct Pointer2 {\n private var array: [SIMD2<Float>]\n\n init(size: Int) {\n let n: SIMD2<Float> = [Float.nan, Float.nan]\n array = Array<SIMD2<Float>>(repeating: n, count: size)\n }\n\n subscript(index: Int) -> SIMD2<Float>{\n get { return array[index] }\n set(newValue) { array[index] = newValue }\n }\n\n mutating func usingRawPointer(block: WithRawPtr) {\n array.withUnsafeBytes { (bufPtr) -> Void in\n block(bufPtr.baseAddress!)\n }\n }\n}\n private var tPtr: Pointer2 // m_TexCoordsData\n tPtr.usingRawPointer(block: { (ptr) in\n glTexCoordPointer(2, UInt32(GL_FLOAT), 0, ptr)\n })\n这一切都在最终的Metal代码中消失了。\n进行转换也发现了潜在的错误！
\n此外，我必须将许多值转换（转换）为更严格的 Swift 类型：
\nglTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_REPEAT);\n成为
\nglTexParameteri(UInt32(GL_TEXTURE_2D), UInt32(GL_TEXTURE_WRAP_S), GLint(GL_REPEAT))\n这个过程非常乏味。然而，恕我直言， Swift代码更精简，更容易阅读。
\n几个函数很容易翻译：
\nGLKQuaternion GLKQuaternionFromTwoVectors(GLKVector3 u, GLKVector3 v) {\n GLKVector3 w = GLKVector3CrossProduct(u, v);\n GLKQuaternion q = GLKQuaternionMake(w.x, w.y, w.z, GLKVector3DotProduct(u, v));\n q.w += GLKQuaternionLength(q);\n return GLKQuaternionNormalize(q);\n}\n成为
\nfunc GLKQuaternionFromTwoVectors(_ u: GLKVector3, _ v: GLKVector3) -> GLKQuaternion {\n let w = GLKVector3CrossProduct(u, v)\n var q = GLKQuaternionMake(w.x, w.y, w.z, GLKVector3DotProduct(u, v))\n q.w += GLKQuaternionLength(q)\n return GLKQuaternionNormalize(q)\n}\n稍后你会发现翻译成simd并不那么容易。
\n不幸的是，这里没有魔杖。苹果公司在 WWDC 上有过一些关于这个问题的会议，但他们并没有真正启发我。Metal使用两种类型的内核：计算和着色器，其中计算更容易。然而，就我而言，我必须使用着色器，这对我来说更难掌握。
\n如果您对Metal一无所知，可以从 Ray Wenderlich 网站上的Metal 教程开始。第二篇文章更有帮助：Ray Wenderlich 网站上的Moving From OpenGL to Metal 。两者都大量引用了更多金属材料。
\n我发现另外两篇很有帮助的优秀文章：Donald Pinckney 的博客（旧版）。另一位有用的作者：Alex Barbulescu
\n沃伦·摩尔（Warren Moore）确实写了这本关于金属的书。他的书和文章非常宝贵！
\nOpenGL使用-1 到 1（z值）的剪辑空间。您需要在着色器中考虑到这一点。Warren Moore 个人建议我使用以下代码确保我的着色器不会返回负z值：
\nv.z = v.z * 0.5 + v.w * 0.5;\n这消除了完全重做可能使用负z的 OpenGL 代码的需要值的 OpenGL 代码。
\nMTLView的backgroundColor不是通过使用该属性来设置的，而是通过设置clearColor来设置的。
\n从应用程序空间到着色器空间的通信是使用结构完成的，必须分别在每个结构中单独定义。例如，在我的应用程序中这个结构：
\nprivate struct Uniforms {\n let projectionMatrix: simd_float4x4\n let attitudeMatrix: simd_float4x4\n}\n在着色器中定义为：
\nstruct Uniforms {\n float4x4 projectionMatrix;\n float4x4 attitudeMatrix;\n};\n这些结构是应用程序定义的。
\n如果您使用图像来创建纹理，则Metal中的情况有点不同。这
\nNSDictionary *options = [NSDictionary dictionaryWithObjectsAndKeys:[NSNumber numberWithBool:YES], GLKTextureLoaderOriginBottomLeft, nil];\nGLKTextureInfo *info=[GLKTextureLoader textureWithContentsOfFile:path options:options error:&error];\nglBindTexture(GL_TEXTURE_2D, info.name);\nglTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_REPEAT);\nglTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_REPEAT);\nglTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, IMAGE_SCALING);\nglTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, IMAGE_SCALING);\n成为
\nlet loader: MTKTextureLoader = MTKTextureLoader(device: mtlDevice)\ndo {\n let texture = try loader.newTexture(cgImage: cgImage, options: [\n MTKTextureLoader.Option.origin: MTKTextureLoader.Origin.bottomLeft,\n MTKTextureLoader.Option.SRGB: false // yes and image washed out\n ])\n return texture\n} catch {\n请注意，您需要将原点设置为bottomLeft。
\n除非您打算真正深入学习Metal，否则您将进行大量实验并提出问题。当您花费数小时尝试让代码执行您想要的操作时，拥有一个测试工具应用程序将被证明是无价的。
\n任何 Apple 代码肯定都充满了 GLKVector、GLKMatrices 和相关函数。不幸的是，没有工具可以转换它们\xe2\x80\x94，你必须逐行手动完成，有时没有simd等效项。有时我使用 Xcode 的搜索和替换，但不经常使用。
\n首先，要获取 simd 宏，请将其添加到源文件中：import simd
\n我应该指出，Dash在挖掘simd方面提供了巨大的帮助。
\n上面引用的两个函数：
\nfunc simd_make_look_at_float4x4(\n eyeX: Float,\n eyeY: Float,\n eyeZ: Float,\n centerX: Float,\n centerY: Float,\n centerZ: Float,\n upX: Float,\n upY: Float,\n upZ: Float\n) -> simd_float4x4 {\n // /sf/ask/633736421/\n let ev = simd_float3(eyeX, eyeY, eyeZ)\n let cv = simd_float3(centerX, centerY, centerZ)\n let uv = simd_float3(upX, upY, upZ)\n\n let subbed = ev - cv\n let n = simd_normalize(subbed)\n\n let cross_p = simd_cross(uv, n)\n let u = simd_normalize(cross_p)\n\n let v = simd_cross(n, u)\n\n let c0: simd_float4 = [u[0], v[0], n[0], 0]\n let c1: simd_float4 = [u[1], v[1], n[1], 0]\n let c2: simd_float4 = [u[2], v[2], n[2], 0]\n\n let v0 = simd_dot(-1*u, ev)\n let v1 = simd_dot(-1*v, ev)\n let v2 = simd_dot(-1*n, ev)\n let c3: simd_float4 = [v0, v1, v2, 1]\n\n let m: simd_float4x4 = simd_float4x4(columns: (c0, c1, c2, c3))\n return m\n}\n\nfunc simd_make_frustum_float4x4(frustum: Float, aspectRatio: Float) -> simd_float4x4 {\n // https://www.khronos.org/registry/OpenGL-Refpages/gl2.1/xhtml/glFrustum.xml\n let left = -frustum\n let right = frustum\n let bottom = -frustum/aspectRatio\n let top = frustum/aspectRatio\n let near = PanoramaView.Z_NEAR\n let far = PanoramaView.Z_FAR\n\n let m00 = (2.0 * near) / (right - left)\n\n let m11 = (2.0 * near) / (top - bottom)\n\n let m20 = (right + left) / (right - left)\n let m21 = (top + bottom) / (top - bottom)\n let m22 = -1 * (far + near) / (far - near)\n let m23 = Float(-1)\n\n let m32 = -1 * (2 * far * near) / (far - near)\n\n let c0: simd_float4 = [m00, 0, 0, 0]\n let c1: simd_float4 = [0, m11, 0, 0]\n let c2: simd_float4 = [m20, m21, m22, m23]\n let c3: simd_float4 = [0, 0, m32, 0]\n let m = simd_float4x4(columns: (c0, c1, c2, c3))\n\n return m\n}\n\n// Translated from the original Panorama code\nfunc simd_make_quaternion_from_two_vectors(_ u: simd_float3, _ v: simd_float3) -> simd_quatf {\n let w: simd_float3 = simd_cross(u, v)\n var q: simd_quatf = simd_quaternion(w.x, w.y, w.z, simd_dot(u, v))\n q.real += q.length\n return q.normalized\n}\n这些函数可以在前面提到的 Panorama 存储库的GLK-Metal-Tools.swift文件中找到。如果按照建议您在控制器仅是simd后来回转换，则可以在慢慢删除GLK时将它们放在您的视图中。
\nfunc glkV3_to_simd(_ v3: GLKVector3) -> simd_float3 {\n let v: simd_float3 = simd_make_float3(v3.x, v3.y, v3.z)\n return v\n}\nfunc simd3_to_glk(_ v3: simd_float3) -> GLKVector3 {\n let v = GLKVector3Make(v3[0], v3[1], v3[2])\n return v\n}\n\nfunc glkV4_to_simd(_ v3: GLKVector4) -> simd_float4 {\n let v: simd_float4 = simd_make_float4(v3.x, v3.y, v3.z, v3.w)\n return v\n}\n\nfunc simd4x4_to_glk(_ m: simd_float4x4) -> GLKMatrix4 {\n var array: [GLKVector4] = []\n for i in 0..<4 {\n let fv: simd_float4 = m[i]\n let v: GLKVector4 = GLKVector4Make(fv[0], fv[1], fv[2], fv[3]);\n array.append(v)\n }\n let mg: GLKMatrix4 = GLKMatrix4MakeWithColumns(array[0], array[1], array[2], array[3]);\n return mg;\n}\nfunc glkm4_to_simd(_ m: GLKMatrix4) -> simd_float4x4 {\n var array: [simd_float4] = []\n for i in 0..<4 {\n let fv: GLKVector4 = GLKMatrix4GetColumn(m, Int32(i))\n let v: simd_float4 = simd_make_float4(fv[0], fv[1], fv[2], fv[3]);\n array.append(v)\n }\n let ms: simd_float4x4 = simd_matrix(array[0], array[1], array[2], array[3]);\n return ms;\n}\n我在开发过程中使用这些打印例程来检查各种值，您可能会发现它们也很有用：
\nfunc print4x4SIMD(\n msg: String,\n m: simd_float4x4\n) {\n var s = ""\n s += "---COL: \\(msg)\\n"\n\n let (c0, c1, c2, c3) = m.columns\n\n s += String(format: "[%.2d] %10.4lf %10.4lf %10.4lf %10.4lf\\n", 0, c0[0], c0[1], c0[2], c0[3])\n s += String(format: "[%.2d] %10.4lf %10.4lf %10.4lf %10.4lf\\n", 1, c1[0], c1[1], c1[2], c1[3])\n s += String(format: "[%.2d] %10.4lf %10.4lf %10.4lf %10.4lf\\n", 2, c2[0], c2[1], c2[2], c2[3])\n s += String(format: "[%.2d] %10.4lf %10.4lf %10.4lf %10.4lf\\n", 3, c3[0], c3[1], c3[2], c3[3])\n\n print("\\n\\(s)\\n")\n}\nfunc print4x4GLK(\n msg: String,\n m: GLKMatrix4\n) {\n var s = ""\n s += "---COL: \\(msg)\\n"\n\n s += String(format: "[%.2d] %10.4lf %10.4lf %10.4lf %10.4lf\\n", 0, m.m00, m.m01, m.m02, m.m03)\n s += String(format: "[%.2d] %10.4lf %10.4lf %10.4lf %10.4lf\\n", 1, m.m10, m.m11, m.m12, m.m13)\n s += String(format: "[%.2d] %10.4lf %10.4lf %10.4lf %10.4lf\\n", 2, m.m20, m.m21, m.m22, m.m23)\n s += String(format: "[%.2d] %10.4lf %10.4lf %10.4lf %10.4lf\\n", 3, m.m30, m.m31, m.m32, m.m33)\n\n print("\\n\\(s)\\n")\n}\n\n虽然我还没有使用过这个，但有一天我可能会需要它（它未经测试）：
\nfunc matrix_from_rotation(radians: Float, v _v: simd_float3) -> simd_float4x4 {\n // https://www.haroldserrano.com/blog/rotating-a-2d-object-using-metal\n let v: simd_float3 = simd_normalize(_v)\n let cos: Float = cos(radians)\n let cosp: Float = 1 - cos\n let sin: Float = sin(radians)\n\n let col0 = simd_float4(\n cos + cosp * v.x * v.x,\n cosp * v.x * v.y + v.z * sin,\n cosp * v.x * v.z - v.y * sin,\n 0\n )\n\n let col1 = simd_float4(\n cosp * v.x * v.y - v.z * sin,\n cos + cosp * v.y * v.y,\n cosp * v.y * v.z + v.x * sin,\n 0.0\n )\n\n let col2 = simd_float4(\n cosp * v.x * v.z + v.y * sin,\n cosp * v.y * v.z - v.x * sin,\n cos + cosp * v.z * v.z,\n 0.0\n )\n\n let col3 = simd_float4(0, 0, 0, 1)\n\n let m: simd_float4x4 = simd_float4x4(columns: (col0, col1, col2, col3))\n return m\n}\n这个项目花了我大约半年的时间，每周工作一个周末，但它却持续了 18 个月。原因是：我花了很多天没有任何进展，得到奇怪的损坏的输出，或者没有输出，当我最终得到在Metal中显示的主要视图时，我把项目收起来了。我太累了，无法继续下去。
\n也就是说，iOS 的末日即将结束，而且随着岁月的流逝，那个末日也越来越近了。
\n当我让Metal处理 GLK 向量和矩阵时，我原本打算停止，但 Warren Moore 敦促我现在转换为simd。
\n当我终于构建了公司的应用程序并且没有与GLKit相关的单个编译器警告时，那是一个纯粹的狂喜时刻！
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