Metal和OpenGL ES相似，它也是一個底層API，負責和3D繪圖硬體互動。它們之間的不同在於，Metal不是跨平臺的, Metal 是用 Objective-C 編 寫的，基於 Foundation，使用 GCD 在 CPU 和 GPU 之間保持同步。與之相反的，它設計的在蘋果硬體上執行得極其高效，與OpenGL ES相比，它提供了更快的速度和更低的開銷。它是一個GPU上一個簡單的封裝，所以能夠完成幾乎所有事情，像在螢幕上渲染一個精靈（sprite）或者是一個3D模型。但你要編寫完成這些事情的所有程式碼。這樣麻煩的代價是，你擁有了GPU的力量和控制。
優點：
1、使硬體達到執行效率的峰值：因為Metal非常底層，它允許你使硬體達到執行效率的峰值，對你的遊戲如何執行有著完全的控制。
2、這是一個很好的學習經歷：學習Metal教導你很多關於3D繪圖程式設計的概念，編寫你自己的遊戲引擎，以及高層(higher level)遊戲框架如何運作。
關於metal詳細的介紹可參考：Metal
以下是使用Metal和Swift來建立一個有基本脈絡的應用：畫一個簡單的三角形。
注意：Metal應用不能跑在iOS模擬器上，它們需要一個裝置，裝置上裝載著蘋果A7晶片或者更新的晶片。所以需要一臺這樣的裝置(iPhone 5S,iPad Air,iPad mini2)來完成程式碼的測試。 開啟Xcode 通過iOS\Application\Single View Application template建立一個新的專案。使用TriangleSwift作為專案名稱，設定開發語言為Swift，設定裝置為通用裝置(Universal)。點選Next，選擇一個目錄，點選Create。 有七個步驟來設定metal： 1 建立一個MTLDevice 2 建立一個CAMetalLayer 3 建立一個Vertex Buffer 4 建立一個Vertex Shader 5 建立一個Fragment Shader 6 建立一個Render Pipeline 7 建立一個Command Queue
1 建立一個MTLDevice
使用Metal你要做的第一件事就是獲取一個MTLDevice的引用。 為了完成這點，開啟ViewController.swift 並新增下面的import語句
import Metal
複製程式碼匯入了Metal框架，所以你能夠使用Metal的類（像這檔案中的MTLDevice）。接著，在ViewController類中新增以下屬性： 在viewDidLoad函式內初始化這個屬性
// 1、建立一個MTLDevice, 你可以把一個MTLDevice想象成是你和CPU的直接連線。你將通過使用MTLDevice建立所有其他你需要的Metal物件（像是command queues，buffers，textures）。
var device: MTLDevice! = nil
複製程式碼2 建立一個CAMetalLayer
在iOS裡，你在螢幕上看見的所有東西，被一個CALayer所承載。存在不同特效的CALayer的子類，比如：漸變層(gradient layers)、形狀層（shapelayers）、重複層(replicator layers) 等等。如果你想要用Metal在螢幕上畫一些東西，你需要使用一個特別的CALayer子類，CAMetalLayer。 因為CAMetalLayer是QuartzCore框架的部分，而不是Metal框架裡的，首先在這個檔案的上方新增import語句
import QuartzCore
複製程式碼把新屬性新增到類中：
// 2、建立一個CAMetalLayer
var metalLayer: CAMetalLayer! = nil
複製程式碼設定metalLayer
// 2.1 建立CAMetalLayer
metalLayer = CAMetalLayer()
// 2.2 必須明確layer使用的MTLDevice，簡單地設定早前獲取的device
metalLayer.device = device
// 2.3 把畫素格式（pixel format）設定為BGRA8Unorm，它代表"8位元組代表藍色、綠色、紅色和透明度，通過在0到1之間單位化的值來表示"。這次兩種用在CAMetalLayer的畫素格式之一，一般情況下你這樣寫就可以了。
metalLayer.pixelFormat = .bgra8Unorm
// 2.4 蘋果鼓勵將framebufferOnly設定為true，來增強表現效率。除非你需要對從layer生成的紋理（textures）取樣，或者你需要在layer繪圖紋理(drawable textures)啟用一些計算核心，否則你不需要設定。（大部分情況下你不用設定）
metalLayer.framebufferOnly = true
// 2.5 把layer的frame設定為view的frame
metalLayer.frame = view.layer.frame
var drawableSize = self.view.bounds.size
drawableSize.width *= self.view.contentScaleFactor
drawableSize.height *= self.view.contentScaleFactor
metalLayer.drawableSize = drawableSize
view.layer.addSublayer(metalLayer)
複製程式碼3 建立一個Vertex Buffer
建立一個緩衝區。在你的類中新增下列的常量屬性
// 3、建立一個Vertex Buffer
var vertexBuffer: MTLBuffer! = nil
// 3.1 在CPU建立一個浮點數陣列，需要通過把它移動到一個MTLBuffer，來傳送這些資料到GPU。
let vertexData:[Float] = [
0.0, 1.0, 0.0,
-1.0, -1.0, 0.0,
1.0, -1.0, 0.0
]
複製程式碼在MTLDevice上呼叫makeBuffer(bytes:, length:, options:)，在GPU建立一個新的buffer，從CPU裡輸送data。options不能為空。
// 3.2 獲取vertex data的位元組大小。你通過把元素的大小和陣列元素個數相乘來得到
let dataSize = vertexData.count * 4
// 3.3 在GPU建立一個新的buffer，從CPU裡輸送data
vertexBuffer = device.makeBuffer(bytes: vertexData, length: dataSize, options: MTLResourceOptions(rawValue: UInt(0)))
複製程式碼4 建立一個Vertex Shader
你之前建立的頂點將成為接下來寫的一個叫vertext shader的小程式的輸入。 一個vertex shader 是一個在GPU上執行的小程式，它由像c++的一門語言編寫，那門語言叫做Metal Shading Language。 一個vertex shader被每個頂點呼叫，它的工作是接受頂點的資訊（如：位置和顏色、紋理座標），返回一個潛在的修正位置（可能還有別的相關資訊） 點選File\New\File，選擇iOS\Source\Metal File，然後點選Next。輸入Shader.metal作為檔名，然後點選Create。
// 一個vertex shader被每個頂點呼叫，它的工作是接受頂點的資訊（如：位置和顏色、紋理座標），返回一個潛在的修正位置（可能還有別的相關資訊）
#include <metal_stdlib>
using namespace metal;
/**
* 1、所有的vertex shaders必須以關鍵字vertex開頭。函式必須至少返回頂點的最終位置——你通過指定float4（一個元素為4個浮點數的向量）。然後你給一個名字給vetex shader，以後你將用這個名字來訪問這個vertex shader。
* 2、vertex shader會接受一個名叫vertex_id的屬性的特定引數，它意味著它會被vertex陣列裡特定的頂點所裝入。
* 3、一個指向一個元素為packed_float4(一個向量包含4個浮點數)的陣列的指標，如：每個頂點的位置。這個 [[ ... ]] 語法被用在宣告那些能被用作特定額外資訊的屬性，像是資源位置，shader輸入，內建變數。這裡你把這個引數用 [[ buffer(0) ]] 標記，來指明這個引數將會被在你程式碼中你傳送到你的vertex shader的第一塊buffer data所遍歷。
* 4、基於vertex id來檢索vertex陣列中對應位置的vertex並把它返回。向量必須為一個float4型別
vertex float4 basic_vertex (
constant packed_float3* vertex_array[[buffer(0)]],
unsigned int vid[[vertex_id]]){
return float4(vertex_array[vid], 1.0);
}
*/
複製程式碼5 建立一個Fragment Shader
完成vertex shader後，另一個shader，它被每個在螢幕上的fragment(think pixel)呼叫，它就是fragment shader。 fragment shader通過內插(interpolating)vertex shader的輸出來獲得自己的輸入。
/*
1. 所有fragment shaders必須以fragment關鍵字開始。這個函式必須至少返回fragment的最終顏色——你通過指定half4（一個顏色的RGBA值）來完成這個任務。注意，half4比float4在記憶體上更有效率，因為，你寫入了更少的GPU記憶體。
2. 這裡你返回(0.6,0.6,0.6,0.6)的顏色，也就是灰色。
*/
fragment half4 basic_fragment() {
return half4(0.6);
}
複製程式碼6 建立一個Render Pipeline
現在你已經建立了一個vertex shader和一個fragment shader，你需要組合它們（加上一些配置資料）到一個特殊的物件，它名叫render pipeline。Metal的渲染器（shaders）是預編譯的，render pipeline 配置會在你第一次設定它的時候被編譯，所以所有事情都極其高效。 首先在ViewController.swift裡新增一個屬性：
// 6、建立一個Render Pipeline
var pipelineState: MTLRenderPipelineState! = nil
複製程式碼在viewDidLoad方法最後新增如下程式碼：
// 6.1 通過呼叫device.newDefaultLibrary方法獲得的MTLibrary物件訪問到你專案中的預編譯shaders,然後通過名字檢索每個shader
let defaultLibrary = device.newDefaultLibrary()
let fragmentProgram = defaultLibrary?.makeFunction(name: "basic_fragment")
let vertextProgram = defaultLibrary?.makeFunction(name: "basic_vertex")
// 6.2 這裡設定你的render pipeline。它包含你想要使用的shaders、顏色附件（color attachment）的畫素格式(pixel format)。（例如：你渲染到的輸入緩衝區，也就是CAMetalLayer）
let pipelineStateDescriptor = MTLRenderPipelineDescriptor()
pipelineStateDescriptor.vertexFunction = vertextProgram
pipelineStateDescriptor.fragmentFunction = fragmentProgram pipelineStateDescriptor.colorAttachments[0].pixelFormat = .bgra8Unorm
複製程式碼7 建立一個Command Queue
你需要做的最終的設定步驟，是建立一個MTLCommandQueue。 把這個想象成是一個列表裝載著你告訴GPU一次要執行的命令。 要建立一個command queue，簡單地新增一個屬性：
// 7、建立一個Command Queue
var commandQueue: MTLCommandQueue! = nil
複製程式碼把下面這行新增到viewDidLoad中：
// 7.1 初始化commandQueue
commandQueue = device.makeCommandQueue()
複製程式碼預設定的程式碼到這裡完成了。 接下來就是渲染三角形了，它將需要在五個步驟來完成： 1 建立一個Display link。 2 建立一個Render Pass Descriptor 3 建立一個Command Buffer 4 建立一個Render Command Encoder 5 提交Command Buffer的內容 注意：理論上這個應用實際上不需要每幀渲染，因為三角形被繪製之後不會動。但是，大部分應用會有物體的移動，所以我們會那樣做。
1 建立一個Display link
在iOS平臺上，通過CADisplayLink 類，可以建立一個函式在每次裝置螢幕重新整理的時候被呼叫，這樣你就可以重繪螢幕。 為了使用它，在類裡新增一個新的屬性：
// 8、建立一個Display Link
var timer: CADisplayLink! = nil
複製程式碼初始化timer
// 8.1 初始化 timer，設定timer，讓它每次重新整理螢幕的時候呼叫一個名叫drawloop的方法
timer = CADisplayLink(target: self, selector: #selector(ViewController.drawloop))
timer.add(to: RunLoop.main, forMode: RunLoopMode.defaultRunLoopMode)
複製程式碼渲染的程式碼在render()中實現
func render() {
//TODO
}
func drawloop() {
self.render()
}
複製程式碼2 建立一個Render Pass Descriptor
// metal layer上呼叫nextDrawable() ，它會返回你需要繪製到螢幕上的紋理(texture)
let drawable = metalLayer.nextDrawable()
// 8、建立一個Render Pass Descriptor，配置什麼紋理會被渲染到、clear color，以及其他的配置
let renderPassDesciptor = MTLRenderPassDescriptor()
renderPassDesciptor.colorAttachments[0].texture = drawable?.texture
// 設定load action為clear，也就是說在繪製之前，把紋理清空
renderPassDesciptor.colorAttachments[0].loadAction = .clear
// 繪製的背景顏色設定為綠色
renderPassDesciptor.colorAttachments[0].clearColor = MTLClearColorMake(0.0, 0.8, 0.5, 1.0)
複製程式碼3 建立一個Command Buffer
一個command buffer包含一個或多個渲染指令（render commands）。
// 9、建立一個Command Buffer
// 你可以把它想象為一系列這一幀想要執行的渲染命令。注意在你提交command buffer之前，沒有事情會真正發生，這樣給你對事物在何時發生有一個很好的控制。
let commandBuffer = commandQueue.makeCommandBuffer()
複製程式碼4 建立一個渲染命令編碼器(Render Command Encoder)
// 10、建立一個渲染命令編碼器(Render Command Encoder)
// 建立一個command encoder，並指定你之前建立的pipeline和頂點
let renderEncoder = commandBuffer.makeRenderCommandEncoder(descriptor: renderPassDesciptor)
renderEncoder.setRenderPipelineState(pipelineState)
renderEncoder.setVertexBuffer(vertexBuffer, offset: 0, at: 0)
/**
繪製圖形
- parameter type: 畫三角形
- parameter vertexStart: 從vertex buffer 下標為0的頂點開始
- parameter vertexCount: 頂點數
- parameter instanceCount: 總共有1個三角形
*/
renderEncoder.drawPrimitives(type: .triangle, vertexStart: 0, vertexCount: 3, instanceCount: 1)
// 完成後，呼叫endEncoding()
renderEncoder.endEncoding()
複製程式碼5 提交Command Buffer
// 保證新紋理會在繪製完成後立即出現
commandBuffer.present(drawable!)
// 提交事務(transaction), 把任務交給GPU
commandBuffer.commit()
複製程式碼學習資料：
• 蘋果Metal開發者文件，有很多文件、錄影、樣例程式碼的連結。 • 蘋果的Metal程式設計指導 • 蘋果的Metal Shading Language 指導 • WWDC2014 Metal錄影