Чтение содержимого из универсального буфера MTLBuffer?

Question

В моем приложении есть MTLBufferкоторый создается с использованием универсального типа. В одном конкретном случае буфер будет содержать значения, относящиеся к частицам в облаке точек, и определен как таковой;

struct ParticleUniforms {
    simd_float3 position;
    simd_float3 color;
    float confidence;
};

Я создаю экземпляр своего MTLBuffer вот так;

guard let buffer = device.makeBuffer(length: MemoryLayout<Element>.stride * count, options: options) else {
   fatalError("Failed to create MTLBuffer.")
}

Однако я пытаюсь понять, как читать содержимое буфера. Более того, я хочу скопировать по одному элементу каждого элемента в буфере в массив на ЦП, который я буду использовать позже.

Фактически, буфер содержит набор ParticleUniforms, и я хотел бы получить доступ к position значение каждого элемента, сохраняя эту позицию в отдельном массиве.

Все примеры, которые я видел здесь, в stackru, похоже, показывают MTLBuffer как хранящий коллекцию Float, хотя я не видел ни одного, использующего универсальный тип.

Answer 1

Кажется, что то, что вы хотите достичь, может быть выполнено только с помощью структур C, которые содержат каждый член в непрерывном блоке (массивы структур C не обязательно смежны, ноMemoryLayout<Type>.strideбудет учитывать любые возможные отступы). Свойства структуры Swift могут не быть смежными, поэтому приведенный ниже метод доступа к значениям элементов не будет работать на практике. К сожалению, при работе сvoid*вам нужно знать, что описывают данные, что не особенно подходит для универсальных типов Swift. Однако я предложу возможное решение.

C файл:

#ifndef Test_h
#define Test_h

#include <simd/simd.h>

typedef struct {
    vector_float3 testA;
    vector_float3 testB;
} CustomC;

#endif /* Test_h */

Swift-файл (предполагается мостовой заголовок)

import Metal

// MARK: Convenience
typealias MTLCStructMemberFormat = MTLVertexFormat

@_functionBuilder
struct ArrayLayout { static func buildBlock<T>(_ arr: T...) -> [T] { arr } }

extension MTLCStructMemberFormat {
    var stride: Int {
        switch self {
        case .float2:  return MemoryLayout<simd_float2>.stride
        case .float3:  return MemoryLayout<simd_float3>.stride
        default:       fatalError("Case unaccounted for")
        }
    }
}

// MARK: Custom Protocol
protocol CMetalStruct {
    /// Returns the type of the `ith` member
    static var memoryLayouts: [MTLCStructMemberFormat] { get }
}

// Custom Allocator
class CustomBufferAllocator<Element> where Element: CMetalStruct {
    
    var buffer: MTLBuffer!
    var count: Int
    
    init(bytes: UnsafeMutableRawPointer, count: Int, options: MTLResourceOptions = []) {
        guard let buffer = device.makeBuffer(bytes: bytes, length: count * MemoryLayout<Element>.stride, options: options) else {
            fatalError("Failed to create MTLBuffer.")
        }
        self.buffer = buffer
        self.count = count
    }
    
    func readBufferContents<T>(element_position_in_array n: Int, memberID: Int, expectedType type: T.Type = T.self)
        -> T {
        let pointerAddition = n * MemoryLayout<Element>.stride
            let valueToIncrement = Element.memoryLayouts[0..<memberID].reduce(0) { $0 + $1.stride }
        return buffer.contents().advanced(by: pointerAddition + valueToIncrement).bindMemory(to: T.self, capacity: 1).pointee
    }
    
    func extractMembers<T>(memberID: Int, expectedType type: T.Type = T.self) -> [T] {
        var array: [T] = []
 
        for n in 0..<count {
            let pointerAddition = n * MemoryLayout<Element>.stride
            let valueToIncrement = Element.memoryLayouts[0..<memberID].reduce(0) { $0 + $1.stride }
            let contents = buffer.contents().advanced(by: pointerAddition + valueToIncrement).bindMemory(to: T.self, capacity: 1).pointee
            array.append(contents)
        }
        
        return array
    }
}

// Example

// First extend the custom struct to conform to out type
extension CustomC: CMetalStruct {
    @ArrayLayout static var memoryLayouts: [MTLCStructMemberFormat] {
        MTLCStructMemberFormat.float3
        MTLCStructMemberFormat.float3
    }
}

let device = MTLCreateSystemDefaultDevice()!
var CTypes = [CustomC(testA: .init(59, 99, 0), testB: .init(102, 111, 52)), CustomC(testA: .init(10, 11, 5), testB: .one), CustomC(testA: .zero, testB: .init(5, 5, 5))]

let allocator = CustomBufferAllocator<CustomC>(bytes: &CTypes, count: 3)
let value = allocator.readBufferContents(element_position_in_array: 1, memberID: 0, expectedType: simd_float3.self)
print(value)

// Prints SIMD3<Float>(10.0, 11.0, 5.0)

let group = allocator.extractMembers(memberID: 1, expectedType: simd_float3.self)
print(group)

// Prints [SIMD3<Float>(102.0, 111.0, 52.0), SIMD3<Float>(1.0, 1.0, 1.0), SIMD3<Float>(5.0, 5.0, 5.0)]

Это похоже на MTLVertexDescriptor, за исключением того, что доступ к памяти осуществляется вручную, а не через [[stage_in]]атрибут и таблица аргументов, передаваемая каждому экземпляру вершины фрагментного шейдера. Вы даже можете расширить распределитель, чтобы он принимал строковый параметр с именем свойства и содержал некоторый словарь, который сопоставляется с идентификаторами членов.