关于 CIContext、OpenGL 和 Metal (SWIFT) 的困惑。 CIContext 默认使用 CPU 还是 GPU？

Question

所以我正在制作一个应用程序，其中一些主要功能围绕着将 CIFilters 应用于图像。

let context = CIContext()
let context = CIContext(eaglContext: EAGLContext(api: .openGLES3)!)
let context = CIContext(mtlDevice: MTLCreateSystemDefaultDevice()!)

所有这些都在我的 CameraViewController 上为我提供了大约相同的 CPU 使用率 (70%)，我将过滤器应用于帧并更新图像视图。所有这些似乎都以完全相同的方式工作，这让我觉得我错过了一些重要的信息。

例如，我使用 AVFoundation 从相机获取每一帧，应用滤镜并使用新图像更新 imageview。

let context = CIContext()

func captureOutput(_ output: AVCaptureOutput, didOutput sampleBuffer: CMSampleBuffer, from connection: AVCaptureConnection) {
    connection.videoOrientation = orientation
    connection.isVideoMirrored = !cameraModeIsBack
    let videoOutput = AVCaptureVideoDataOutput()
    videoOutput.setSampleBufferDelegate(self, queue: DispatchQueue.main)

    let sharpenFilter = CIFilter(name: "CISharpenLuminance")
    let saturationFilter = CIFilter(name: "CIColorControls")
    let contrastFilter = CIFilter(name: "CIColorControls")
    let pixellateFilter = CIFilter(name: "CIPixellate")

    let pixelBuffer = CMSampleBufferGetImageBuffer(sampleBuffer)
    var cameraImage = CIImage(cvImageBuffer: pixelBuffer!)

    saturationFilter?.setValue(cameraImage, forKey: kCIInputImageKey)
    saturationFilter?.setValue(saturationValue, forKey: "inputSaturation")
    var cgImage = context.createCGImage((saturationFilter?.outputImage!)!, from: cameraImage.extent)!
    cameraImage = CIImage(cgImage: cgImage)

    sharpenFilter?.setValue(cameraImage, forKey: kCIInputImageKey)
    sharpenFilter?.setValue(sharpnessValue, forKey: kCIInputSharpnessKey)
    cgImage = context.createCGImage((sharpenFilter?.outputImage!)!, from: (cameraImage.extent))!
    cameraImage = CIImage(cgImage: cgImage)

    contrastFilter?.setValue(cameraImage, forKey: "inputImage")
    contrastFilter?.setValue(contrastValue, forKey: "inputContrast")
    cgImage = context.createCGImage((contrastFilter?.outputImage!)!, from: (cameraImage.extent))!
    cameraImage = CIImage(cgImage: cgImage)

    pixellateFilter?.setValue(cameraImage, forKey: kCIInputImageKey)
    pixellateFilter?.setValue(pixelateValue, forKey: kCIInputScaleKey)
    cgImage = context.createCGImage((pixellateFilter?.outputImage!)!, from: (cameraImage.extent))!
    applyChanges(image: cgImage)

}

另一个例子是我如何将更改仅应用于普通图像（我使用滑块来完成所有这些操作）

   func imagePixelate(sliderValue: CGFloat){
    let cgImg = image?.cgImage
    let ciImg = CIImage(cgImage: cgImg!)
    let pixellateFilter = CIFilter(name: "CIPixellate")
    pixellateFilter?.setValue(ciImg, forKey: kCIInputImageKey)
    pixellateFilter?.setValue(sliderValue, forKey: kCIInputScaleKey)
    let outputCIImg = pixellateFilter?.outputImage!
    let outputCGImg = context.createCGImage(outputCIImg!, from: (outputCIImg?.extent)!)
    let outputUIImg = UIImage(cgImage:outputCGImg!, scale:(originalImage?.scale)!, orientation: originalOrientation!)
    imageSource[0] = ImageSource(image: outputUIImg)
    slideshow.setImageInputs(imageSource)
    currentFilteredImage = outputUIImg
}

差不多吧：

1. 从 UiImg 创建 CgImg
2. 从 CgImg 创建 CiImg
3. 使用上下文应用过滤器并转换回 UiImg
4. 使用新的 UiImg 更新任何视图

这在我的 iPhone X 上运行良好，在我的 iPhone 6 上也运行良好。由于我的应用程序非常完整，因此我希望尽可能地对其进行优化。我也浏览了很多关于使用 OpenGL 和 Metal 来做事的文档，但似乎不知道如何开始。

我一直认为我是在 CPU 上运行这些进程，但使用 OpenGL 和 Metal 创建上下文并没有带来任何改进。我是否需要使用 MetalKit 视图或 GLKit 视图（eaglContext 似乎已完全弃用）？我该如何翻译这个？苹果文档似乎乏善可陈。

Answer 1

我开始对此发表评论，但我认为自 WWDC'18 以来，这最适合作为答案。我会像其他人一样编辑而不是评论，如果这是正确的做法，我愿意删除整个答案。

您在正确的轨道上 - 尽可能利用 GPU，它非常适合。 CoreImage 和 Metal，虽然“通常”使用 GPU 的“低级”技术，如果需要，可以使用 CPU。核心图形？它使用 GPU渲染事物。

图像。 UIImage 和 CGImage 是实际图像。但是，CIImage 不是。考虑它的最佳方式是图像的“配方”。

我通常 - 现在，我稍后会解释 - 在使用过滤器时坚持使用 CoreImage、CIFilters、CIImages 和 GLKViews。对 CIImage 使用 GLKView 意味着使用 OpenGL 和单个 CIContext 和 EAGLContext。它提供几乎与使用 MetalKit 或 MTKViews 一样好的性能。

至于使用UIKit 和UIImage 和UIImageView，我只在需要时使用——保存/共享/上传等等。在那之前坚持使用 GPU。

....

这里是开始变得复杂的地方。

Metal 是 Apple 专有的 API。由于他们拥有硬件——包括 CPU 和 GPU——他们已经为他们优化了硬件。它的“管道”与 OpenGL 有所不同。没什么大不了的，只是不同。

直到 WWDC'18，使用 GLKit，包括 GLKView，都很好。但是 OpenGL 的所有东西都被贬低了，苹果正在把东西转移到 Metal 上。虽然（目前）性能提升不是那么好，但您可能最好使用新的东西来使用 MTKView、Metal 和 CIContext`。

查看@matt 给here 的答案，了解使用 MTKViews 的好方法。

Answer 2

一些独立的点：

• 分析您的应用以了解它在哪里花费了 CPU 时间。
• 如果图形工作实际上不是很难——也就是说，如果你的应用不受 GPU 限制——优化 GPU 工作可能无助于整体性能。
• 尽量避免在 CPU 和 GPU 之间来回移动数据。不要为每个过滤器输出创建CGImages。 Core Image 的一个主要特点是ability to chain filters 无需为每个效果进行渲染，然后一次渲染所有效果。此外，正如 dfd 在他的回答中所说，如果您直接渲染到屏幕而不是创建 UIImage 以显示在图像视图中，那会更好。
• 避免多余的工作。不要每次都重新创建 CIFilter 对象。如果参数没有改变，不要每次都重新配置。