SwiftUI에서 Metal 사용해보기

Metal 관련 용어

MTKView

MetalKit에서 제공하는 뷰로 Metal을 사용하는 그래픽 컨텐츠를 그리는 데 사용. GPU와의 상호작용 관리

MTLDevice

GPU를 나타내는 객체로, Metal에서 그래픽 작업을 수행하는 데 필요한 다양한 리소스 생성 가능

MTLCommandQueue

GPU에 연산을 요청하기 위해 명령을 큐에 추가하는 객체. 그래픽 경로에서 수행할 작업을 순차적으로 처리.

MTLRenderPipelineState

렌더링 파이프라인의 상태. 셰이더 프로그램과 렌더링 특성을 포함함. 그래픽 데이터를 어떻게 처리할지 정의.

MTLBuffer

GPU와 CPU 간의 데이터 전송을 위한 메모리 블록.

Shader

그래픽 렌더링의 특정 단계를 처리하는 프로그램.

 

정점 셰이더와 프래그먼트 셰이더가 있다.

 

View 만들어보기

MetalView.swift

struct MetalView: UIViewRepresentable {
    class Coordinator: NSObject, MTKViewDelegate {
        var metalView: MetalView
        
        init(metalView: MetalView) {
            self.metalView = metalView
        }
        
        var device: MTLDevice!
        var commandQueue: MTLCommandQueue!
        var renderPipelineState: MTLRenderPipelineState!
        var vertexBuffer: MTLBuffer!
        
        let vertexData: [Float] = [
            0.0,  1.0,  0.0,  // Vertex 1 (X, Y)
           -1.0, -1.0,  0.0,  // Vertex 2 (X, Y)
            1.0, -1.0,  0.0   // Vertex 3 (X, Y)
        ]
        
        func setUpMetal(view: MTKView) {
            device = MTLCreateSystemDefaultDevice()
            view.device = device
            
            commandQueue = device.makeCommandQueue()

            // 셰이더 컴파일
            let library = device.makeDefaultLibrary()
            let vertexFunction = library?.makeFunction(name: "vertex_main")
            let fragmentFunction = library?.makeFunction(name: "fragment_main")

            // 파이프라인 상태 설정
            let pipelineDescriptor = MTLRenderPipelineDescriptor()
            pipelineDescriptor.vertexFunction = vertexFunction
            pipelineDescriptor.fragmentFunction = fragmentFunction
            pipelineDescriptor.colorAttachments[0].pixelFormat = view.colorPixelFormat
            
            renderPipelineState = try? device.makeRenderPipelineState(descriptor: pipelineDescriptor)

            // 정점 버퍼 생성
            vertexBuffer = device.makeBuffer(bytes: vertexData,
                                              length: MemoryLayout<Float>.size * vertexData.count,
                                              options: [])
        }
        
        func draw(in view: MTKView) {
            guard let commandBuffer = commandQueue.makeCommandBuffer(),
                  let drawable = view.currentDrawable,
                  let descriptor = view.currentRenderPassDescriptor else { return }
                  
            let passEncoder = commandBuffer.makeRenderCommandEncoder(descriptor: descriptor)!
            passEncoder.setRenderPipelineState(renderPipelineState)
            passEncoder.setVertexBuffer(vertexBuffer, offset: 0, index: 0)
            passEncoder.drawPrimitives(type: .triangle, vertexStart: 0, vertexCount: 3)
            passEncoder.endEncoding()
            commandBuffer.present(drawable)
            commandBuffer.commit()
        }
        
        func mtkView(_ view: MTKView, drawableSizeWillChange size: CGSize) {
        }
    }
    
    func makeCoordinator() -> Coordinator {
        return Coordinator(metalView: self)
    }
    
    func makeUIView(context: UIViewRepresentableContext<MetalView>) -> MTKView {
        let view = MTKView()
        view.delegate = context.coordinator
        context.coordinator.setUpMetal(view: view)
        return view
    }
    
    func updateUIView(_ uiView: MTKView, context: UIViewRepresentableContext<MetalView>) {}
}

 

Shaders.metal

#include <metal_stdlib>
using namespace metal;

vertex float4 vertex_main(const device float *vertex_array [[buffer(0)]], uint id [[vertex_id]]) {
    return float4(vertex_array[id * 3], vertex_array[id * 3 + 1], vertex_array[id * 3 + 2], 1.0);
}

fragment float4 fragment_main() {
    return float4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);
}