如何用VertexBuffer向Metal传递动态变长数据及问题排查

1. 切换为VertexBuffer后多图形渲染失效的原因 #

大概率是以下操作失误导致：

• 顶点数据覆盖：每次绘制前复制新顶点数据时，未从正确偏移位置写入，直接覆盖了之前图形的顶点数据，导致后续绘制只能读取到最后写入的部分数据。
• 绘制参数错误：调用drawPrimitives时，vertexStart（起始顶点索引）和vertexCount（顶点数量）设置错误，比如始终从0开始、顶点数量计算偏差，导致只渲染了部分图形。
• 缓冲区偏移设置错误：调用setVertexBuffer(_:offset:index:)时，offset参数未对应当前图形顶点数据在缓冲区中的起始位置，导致着色器读取到错误的顶点数据。
• 内存同步问题：若使用storageModePrivate的缓冲区，未通过MTLCommandBuffer完成正确的数据同步，GPU读取到的是旧数据或未初始化数据。

2. 能否同时使用setVertexBuffer和setVertexBytes？ #

可以，但需保证缓冲区索引不冲突：

• setVertexBuffer适合传递大量、持续存在的顶点数据，通常绑定到较低的缓冲区索引（如索引0）。
• setVertexBytes用于传递少量常量数据（如变换矩阵、颜色参数），绑定到其他未占用的索引（如索引1）。
• 着色器中需对应声明不同索引的缓冲区，示例：

  struct VertexIn {
      float2 position [[attribute(0)]];
  };
  
  constant float4& color [[buffer(1)]];
  

3. 动态增长顶点数据的处理方案 #

针对绘图程序中顶点数据随用户操作持续增长的场景，推荐以下实践：

方案一：动态创建/复用缓冲区 #

• 使用storageModeShared或storageModeManaged创建缓冲区，每次绘制前根据当前顶点数据总量，分配足够大小的缓冲区（或复用之前创建的、容量足够的缓冲区）。
• 高频绘制场景可采用双缓冲/三缓冲机制：提前创建2-3个缓冲区，轮流用于当前帧的顶点数据写入和GPU渲染，避免CPU等待GPU完成数据读取。

方案二：分段批次绘制 #

将所有图形的顶点数据拆分为多个批次，每个批次对应一个缓冲区，多次调用drawPrimitives，每次传入对应批次的缓冲区、起始顶点索引和顶点数量。这种方式无需担心单个缓冲区的大小限制，实现逻辑相对简单。

方案三：按需扩容缓冲区 #

若初始缓冲区不足以容纳新增顶点数据，可创建更大的新缓冲区，将旧缓冲区的数据复制到新缓冲区后，使用新缓冲区进行绘制。该方式存在一定内存拷贝开销，适合顶点数据增长不频繁的场景。

方案四：间接绘制（进阶） #

针对超大量动态顶点数据，可使用MTLIndirectCommandBuffer，将绘制命令和顶点数据参数（如顶点数量、起始索引）存储在缓冲区中，由GPU自行读取并执行绘制，减少CPU调度开销。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Duncan C