學習用MetalPerformanceShaders進行圖像處理

iOS 9在MetalKit中新增了MetalPerformanceShaders類，可以使用GPU進行高效的圖像計算，比如高斯模糊，圖像直方圖計算，索貝爾邊緣檢測算法等。我最近剛開始學習Metal的使用，并做了一個高斯模糊的例子作為"HelloWorld"程序,下面分享一下我的學習成果~

注意:運行該程序需要有一個系統版本為iOS9的iOS設備，因為Metal只能在真機上運行。

首先建立工程:

在ViewContoller.swift文件中導入需要的framework:

import MetalKit
import MetalPerformanceShaders

如果出現未識別的錯誤不要擔心，把你的設備選到iOS Device而不是模擬器，錯誤就會消失。

導入需要的資源圖片到工程里:

只要拖到工程文件夾中就可以了，不需要拖入Assets.xcassets中:

打開Main.storyboard,拖一個UISlider進去，這個用來控制高斯模糊的半徑。

最大值設為100:

設置好約束:

最后類似于這樣:

向ViewContoller.swift文件中拖一個outlet,用來獲取模糊半徑:

還有一個valueChanged的監控方法，用來實時改變模糊效果:

背景設置為黑色:

然后開始配置我們Metal代碼,首先了解一下MetalPerformanceShaders的使用流程：

1. 配置MTKView用來承載模糊的結果

2. 為MTKView創建新的命令隊列MTLCommandQueue

3. 讀取資源數據,創建MTLTexture，作為高斯模糊的數據源。

4. 創建高斯模糊對象

5. 運行高斯模糊，并繪制結果到MTKView

了解了需要哪幾步之后我們正式開始寫代碼,首先添加一些需要的變量:

var metalView: MTKView!

var commandQueue: MTLCommandQueue!
var sourceTexture: MTLTexture!</pre> 
 
使ViewController遵循MTKViewDelegate協議:

class ViewController: UIViewController,MTKViewDelegate{
.........
}
 
 
實現它的兩個代理方法:

func drawInMTKView(view: MTKView) {


}
func mtkView(view: MTKView, drawableSizeWillChange size: CGSize) {

}</pre> 

第一個方法用來繪制我們的MTKView，第二個方法在MTKView的可繪制區域改變時會調用。
新建一個方法func setUpMetalView()來配置MTKView,添加以下代碼:
func setUpMetalView(){
        //設置metalView大小，邊框等屬性
        metalView = MTKView(frame: CGRect(origin: CGPointZero, size: CGSize(width: 300, height: 300)))
        metalView.center = view.center
        metalView.layer.borderColor = UIColor.whiteColor().CGColor
        metalView.layer.borderWidth = 5
        metalView.layer.cornerRadius = 20
        metalView.clipsToBounds = true
        view.addSubview(metalView)


    //讀取默認設備.
    metalView.device = MTLCreateSystemDefaultDevice()

    //確保當前設備支持MetalPerformanceShaders
    guard let metalView = metalView where MPSSupportsMTLDevice(metalView.device) else {
        print("該設備不支持MetalPerformanceShaders!")
        return }

    //配置MTKview屬性
    metalView.delegate = self
    metalView.depthStencilPixelFormat = .Depth32Float_Stencil8

    // 設置輸入/輸出數據的紋理(texture)格式
    metalView.colorPixelFormat = .BGRA8Unorm

    //將`currentDrawable.texture`設置為可寫
    metalView.framebufferOnly = false


}</pre> 

新建一個方法func loadAssets(),用來加載資源數據等操作:
func loadAssets() {
        // 創建新的命令隊列
        commandQueue = metalView.device!.newCommandQueue()


    //設置紋理加載器
    let textureLoader = MTKTextureLoader(device: metalView.device!)
    //對圖片進行加載和設置        
    let image = UIImage(named: "AnimalImage")
    //處理后的圖片是倒置，要先將其倒置過來才能顯示出正圖像
    let mirrorImage = UIImage(CGImage: (image?.CGImage)!, scale: 1, orientation: UIImageOrientation.DownMirrored)
    //將圖片調整至所需大小
    let scaledImage = UIImage.scaleToSize(mirrorImage, size: CGSize(width:600, height: 600))

    let cgimage = scaledImage.CGImage


    // 將圖片加載到 MetalPerformanceShaders的輸入紋理(source texture)
    do {

        sourceTexture = try textureLoader.newTextureWithCGImage(cgimage!, options: [:])


    }
    catch let error as NSError {
        fatalError("Unexpected error ocurred: \(error.localizedDescription).")
    }
}</pre> 

這里我們自定義了一個UIImage的類方法,在UIImage的extension中添加這個方法:
extension UIImage{


class func scaleToSize(image:UIImage,size:CGSize)->UIImage{
    UIGraphicsBeginImageContext(size)
    image.drawInRect(CGRect(origin: CGPointZero, size: size))

    let scaledImage = UIGraphicsGetImageFromCurrentImageContext()
    UIGraphicsEndImageContext()
    return scaledImage


}

}</pre> 
 
在viewDidLoad方法中調用這兩個方法:

setUpMetalView()
loadAssets()
 
 
到了最后一步了~在drawInMTKView(view: MTKView)方法中繪制我們的metalView:

func drawInMTKView(view: MTKView) {
        //得到MetalPerformanceShaders需要使用的命令緩存區
        let commandBuffer = commandQueue.commandBuffer()


    // 初始化MetalPerformanceShaders高斯模糊，模糊半徑(sigma)為slider所設置的值
    let gaussianblur = MPSImageGaussianBlur(device: view.device!, sigma: self.blurRadius.value)

    // 運行MetalPerformanceShader高斯模糊
    gaussianblur.encodeToCommandBuffer(commandBuffer, sourceTexture: sourceTexture, destinationTexture: view.currentDrawable!.texture)


    // 提交`commandBuffer`
    commandBuffer.presentDrawable(view.currentDrawable!)
    commandBuffer.commit()
}</pre> 

我們在每次滑塊滑動后重新繪制metalView:
@IBAction func blurRadiusDidChanged(sender: UISlider) {
        metalView.setNeedsDisplay()
    }
 
 
然后應該就可以運行了~結果如下:

  
當然真機效果比這個要好很多，插上手機親自試一下吧~
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