什么是DirectX
2020-07-19 19:06:31
供稿：網(wǎng)友
DirectX并不是一個(gè)單純的圖形API，它是由微軟公司開發(fā)的用途廣泛的API，它包含有Direct Graphics(Direct 3D Direct Draw)、Direct Input、Direct Play、Direct Sound、Direct Show、Direct Setup、Direct Media Objects等多個(gè)組件，它提供了一整套的多媒體接口方案。只是其在3D圖形方面的優(yōu)秀表現(xiàn)，讓它的其它方面顯得暗淡無光。DirectX開發(fā)之初是為了彌補(bǔ)Windows 3.1系統(tǒng)對(duì)圖形、聲音處理能力的不足，而今已發(fā)展成為對(duì)整個(gè)多媒體系統(tǒng)的各個(gè)方面都有決定性影響的接口。 DirectX 5.0
微軟公司并沒有推出DirectX 4.0，而是直接推出了DirectX 5.0。此版本對(duì)Direct3D做出了很大的改動(dòng)，加入了霧化效果、Alpha混合等3D特效，使3D游戲中的空間感和真實(shí)感得以增強(qiáng)，還加入了S3的紋理壓縮技術(shù)。同時(shí)，DirectX 5.0在其它各組件方面也有加強(qiáng)，在聲卡、游戲控制器方面均做了改進(jìn)，支持了更多的設(shè)備。因此，DirectX發(fā)展到DirectX 5.0才真正走向了成熟。此時(shí)的DirectX性能完全不遜色于其它3D API，而且大有后來居上之勢(shì)。
DirectX 6.0
DirectX 6.0推出時(shí)，其最大的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手之一Glide，已逐步走向了沒落，而DirectX則得到了大多數(shù)廠商的認(rèn)可。DirectX 6.0中加入了雙線性過濾、三線性過濾等優(yōu)化3D圖像質(zhì)量的技術(shù)，游戲中的3D技術(shù)逐漸走入成熟階段。
DirectX 7.0
DirectX 7.0最大的特色就是支持T&L，中文名稱是“坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和光源”。3D游戲中的任何一個(gè)物體都有一個(gè)坐標(biāo)，當(dāng)此物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，它的坐標(biāo)發(fā)生變化，這指的就是坐標(biāo)轉(zhuǎn)換；3D游戲中除了場(chǎng)景＋物體還需要燈光，沒有燈光就沒有3D物體的表現(xiàn)，無論是實(shí)時(shí)3D游戲還是3D影像渲染，加上燈光的3D渲染是最消耗資源的。雖然OpenGL中已有相關(guān)技術(shù)，但此前從未在民用級(jí)硬件中出現(xiàn)。在T&L問世之前，位置轉(zhuǎn)換和燈光都需要CPU來計(jì)算，CPU速度越快，游戲表現(xiàn)越流暢。使用了T&L功能后，這兩種效果的計(jì)算用顯示卡的GPU來計(jì)算，這樣就可以把CPU從繁忙的勞動(dòng)中解脫出來。換句話說，擁有T&L顯示卡，使用DirectX 7.0，即使沒有高速的CPU，同樣能流暢的跑3D游戲。
DirectX 8.0
DirectX 8.0的推出引發(fā)了一場(chǎng)顯卡革命，它首次引入了“像素渲染”概念，同時(shí)具備像素渲染引擎(Pixel Shader)與頂點(diǎn)渲染引擎(Vertex Shader)，反映在特效上就是動(dòng)態(tài)光影效果。同硬件T&L僅僅實(shí)現(xiàn)的固定光影轉(zhuǎn)換相比，VS和PS單元的靈活性更大，它使GPU真正成為了可編程的處理器。這意味著程序員可通過它們實(shí)現(xiàn)3D場(chǎng)景構(gòu)建的難度大大降低。通過VS和PS的渲染，可以很容易的寧造出真實(shí)的水面動(dòng)態(tài)波紋光影效果。此時(shí)DirectX的權(quán)威地位終于建成。
DirectX 9.0
2002年底，微軟發(fā)布DirectX9.0。DirectX 9中PS單元的渲染精度已達(dá)到浮點(diǎn)精度，傳統(tǒng)的硬件T&L單元也被取消。全新的VertexShader(頂點(diǎn)著色引擎)編程將比以前復(fù)雜得多，新的VertexShader標(biāo)準(zhǔn)增加了流程控制，更多的常量，每個(gè)程序的著色指令增加到了1024條。
PS 2.0具備完全可編程的架構(gòu)，能對(duì)紋理效果即時(shí)演算、動(dòng)態(tài)紋理貼圖，還不占用顯存，理論上對(duì)材質(zhì)貼圖的分辨率的精度提高無限多；另外PS1.4只能支持28個(gè)硬件指令，同時(shí)操作6個(gè)材質(zhì)，而PS2.0卻可以支持160個(gè)硬件指令，同時(shí)操作16個(gè)材質(zhì)數(shù)量，新的高精度浮點(diǎn)數(shù)據(jù)規(guī)格可以使用多重紋理貼圖，可操作的指令數(shù)可以任意長(zhǎng)，電影級(jí)別的顯示效果輕而易舉的實(shí)現(xiàn)。
VS 2.0通過增加Vertex程序的靈活性，顯著的提高了老版本(DirectX8)的VS性能，新的控制指令，可以用通用的程序代替以前專用的單獨(dú)著色程序，效率提高許多倍；增加循環(huán)操作指令，減少工作時(shí)間，提高處理效率；擴(kuò)展著色指令個(gè)數(shù)，從128個(gè)提升到256個(gè)。
增加對(duì)浮點(diǎn)數(shù)據(jù)的處理功能，以前只能對(duì)整數(shù)進(jìn)行處理，這樣提高渲染精度，使最終處理的色彩格式達(dá)到電影級(jí)別。突破了以前限制PC圖形圖象質(zhì)量在數(shù)學(xué)上的精度障礙，它的每條渲染流水線都升級(jí)為128位浮點(diǎn)顏色，讓游戲程序設(shè)計(jì)師們更容易更輕松的創(chuàng)造出更漂亮的效果，讓程序員編程更容易。
DirectX 9.0c
與過去的DirectX 9.0b和Shader Model 2.0相比較，DirectX 9.0c最大的改進(jìn)，便是引入了對(duì)Shader Model 3.0(包括Pixel Shader 3.0 和Vertex Shader 3.0兩個(gè)著色語言規(guī)范)的全面支持。舉例來說，DirectX 9.0b的Shader Model 2.0所支持的Vertex Shader最大指令數(shù)僅為256個(gè)，Pixel Shader最大指令數(shù)更是只有96個(gè)。而在最新的Shader Model 3.0中，Vertex Shader和Pixel Shader的最大指令數(shù)都大幅上升至65535個(gè)，全新的動(dòng)態(tài)程序流控制、 位移貼圖、多渲染目標(biāo)（MRT）、次表面散射 Subsurface scattering、柔和陰影 Soft shadows、環(huán)境和地面陰影 Environmental and ground shadows、全局照明 （Global illumination）等新技術(shù)特性，使得GeForce 6、GeForce7系列以及Radeon X1000系列立刻為新一代游戲以及具備無比真實(shí)感、幻想般的復(fù)雜的數(shù)字世界和逼真的角色在影視品質(zhì)的環(huán)境中活動(dòng)提供強(qiáng)大動(dòng)力。
因此DirectX 9.0c和Shader Model 3.0標(biāo)準(zhǔn)的推出，可以說是DirectX發(fā)展歷程中的重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)。在DirectX 9.0c中，Shader Model 3.0除了取消指令數(shù)限制和加入位移貼圖等新特性之外，更多的特性都是在解決游戲的執(zhí)行效率和品質(zhì)上下功夫，Shader Model 3.0誕生之后，人們對(duì)待游戲的態(tài)度也開始從過去單純地追求速度，轉(zhuǎn)變到游戲畫質(zhì)和運(yùn)行速度兩者兼顧。因此Shader Model 3.0對(duì)游戲產(chǎn)業(yè)的影響可謂深遠(yuǎn)。
DirectX 10
在DirectX 10的圖形流水線體系中，最大的結(jié)構(gòu)性變化就是在幾何處理階段增加了幾何渲染單元（Geometry Shader）。幾何渲染單元被附加在頂點(diǎn)渲染單元之后，但它并不像頂點(diǎn)渲染單元那樣輸出一個(gè)個(gè)頂點(diǎn)，而是以圖元作為處理對(duì)象。圖元在層次上比頂點(diǎn)高一級(jí)，它由一個(gè)或多個(gè)頂點(diǎn)構(gòu)成。由單個(gè)頂點(diǎn)組成的圖元被稱為“點(diǎn)”，由兩個(gè)頂點(diǎn)組成的圖元被稱為“線”，由三個(gè)頂點(diǎn)組成的圖元被稱為“三角形”。幾何渲染單元支持點(diǎn)、線、三角形、帶鄰接點(diǎn)的線、帶鄰接點(diǎn)的三角形等多種圖元類型，它一次最多可處理六個(gè)頂點(diǎn)。借助豐富的圖元類型支持，幾何渲染單元可以讓GPU提供更精細(xì)的模型細(xì)節(jié)。
幾何渲染單元賦予GPU自行創(chuàng)造新幾何物體、為場(chǎng)景添加內(nèi)容的神奇能力。靈活的處理能力使GPU更加通用化，以往很多必須倚靠CPU才能完成的工作，現(xiàn)在完全可交由GPU處理。如此一來，CPU就有更多時(shí)間處理人工智能、尋址等工作。更令人驚喜的是，幾何渲染單元還讓物理運(yùn)算的加入變得更簡(jiǎn)單，DirectX 10可創(chuàng)建具備物理特性的盒子、模擬剛性物體，物理運(yùn)算有望在它的帶領(lǐng)下逐漸走向普及。可以預(yù)見，借助幾何渲染單元這一武器，顯卡性能將產(chǎn)生質(zhì)的飛躍，我們也將體驗(yàn)到速度更流暢、畫面更精美、情節(jié)更細(xì)致的游戲
DirectX 10.1
正如以前的DX版本一樣，DX10.1也是DX10的超集，因此它將支持DirectX 10的所有功能，同時(shí)它將支持更多的功能，提供更高的性能。
DX10.1的一個(gè)主要提高是改善的shader資源存取功能，在多樣本AA時(shí)，在讀取樣本時(shí)有更好的控制能力。除此之外，DX10.1還將可以創(chuàng)建定制的下行采樣濾波器。
DX10.1還將有更新的浮點(diǎn)混合功能，對(duì)于渲染目標(biāo)更有針對(duì)性，對(duì)于渲染目標(biāo)混合將有新的格式，渲染目標(biāo)可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的各自混合。陰影功能一直是游戲的重要特效，Direct3D 10.1 的陰影濾波功能也將有所提高，從而可望進(jìn)一步提高畫質(zhì)。
在性能方面，DirectX 10.1將支持多核系統(tǒng)有更高的性能。而在渲染，反射和散射時(shí)，Direct3D 10.1將減少對(duì)API的調(diào)用次數(shù)，從而將獲得不錯(cuò)的性能提升。
其他方面，DX10.1的提高也不少，包括32bit浮點(diǎn)濾波，可以提高渲染精確度，改善HDR渲染的畫質(zhì)。完全的抗鋸齒應(yīng)用程序控制也將是DX10.1的亮點(diǎn)，應(yīng)用程序?qū)⒖梢钥刂贫嘀夭蓸雍统?jí)采樣的使用，并選擇在特定場(chǎng)景出現(xiàn)的采樣模板。DX10.1將至少需要單像素四采樣。
DX10.1還將引入更新的驅(qū)動(dòng)模型，WDDM 2.1。與DX10的WDDM2.0相比，2.1有一些顯著的提高。
首先是更多的內(nèi)容轉(zhuǎn)換功能，WDDM2.0支持處理一個(gè)命令或三角形后進(jìn)行內(nèi)容轉(zhuǎn)換，而WDDM2.1則可以讓內(nèi)容轉(zhuǎn)換即時(shí)進(jìn)行。由于GPU同時(shí)要并行處理多個(gè)線程，因此內(nèi)容轉(zhuǎn)換的即時(shí)性不僅可以保證轉(zhuǎn)換質(zhì)量，還可以提升GPU效率，減少等待時(shí)間。另外，由于WDDM 2.1支持基于過程的虛擬內(nèi)存分配，處理GPU和驅(qū)動(dòng)頁面錯(cuò)誤的方式也更為成熟。
