完美DX10!ATI新王者HD2900XT權(quán)威評測

● 第三章：DirectX發(fā)展回顧以及DirectX10詳細(xì)介紹

第一節(jié):技術(shù)背景——DirectX 的發(fā)展回顧和API相關(guān)基本常識。

    Microsoft發(fā)布的DirectX 10代表了自從可編程Shader出現(xiàn)以來在3D API方面的最巨大的進(jìn)步，也是自DirectX誕生以來，又一次徹底的重新設(shè)計。通過一番脫胎換骨般的重建，DirectX 10展現(xiàn)出一系列非常醒目的新特性，包括高度優(yōu)化的運行時，強(qiáng)大的Geometry Shader，紋理數(shù)組等等；這些特性將引領(lǐng)PC實時三維圖形進(jìn)入一個全新的世界。

DirectX總覽

    在過去的十年中，DirectX已經(jīng)穩(wěn)步成為了Microsoft Windows平臺上進(jìn)行游戲開發(fā)的首選API。每一代的DirectX都帶來對新的圖形硬件特性的支持，幫助游戲開發(fā)者們視線更驚人的特效。那么我們也就按照DirectX發(fā)展的軌跡，以Direct3D為重點，為讀者完整回顧下DirectX的輝煌歷程。

●   DirectX簡介

    DirectX是Microsoft開發(fā)的基于Windows平臺的一組API，它是為高速的實時動畫渲染、交互式音樂和環(huán)境音效等高要求應(yīng)用開發(fā)服務(wù)的。

 DirectX機(jī)制

 

 DirectX架構(gòu)

    通常，Windows對硬件訪問的管制非常嚴(yán)格，用通常的辦法不易訪問，但DirectX通過“硬件抽象層（HAL）”給予了開發(fā)人員直接訪問硬件的能力，HAL不僅解決了硬件及兼容性問題，而且開發(fā)人員可以利用它直接訪問計算機(jī)的某些硬件設(shè)備，例如顯示設(shè)備的直接顯存控制和渲染，鍵盤、鼠標(biāo)和游戲桿的控制的直接訪問控制，音頻設(shè)備的直接音頻混合與輸出能力等等，因此開發(fā)人員可以充分利用硬件加速將程序的性能優(yōu)化到一個新的高度，如果目標(biāo)機(jī)器不支持相應(yīng)的硬件加速，DirectX還可以仿真加速器以提供強(qiáng)大的多媒體環(huán)境。DirectX家族包含的成員有Direct3D、DirectDraw、DirectInput、DirectMusic、DirectPlay、DirectSound、DirectDraw、DirectVoice、 DirectVideo和 DirectShow 。

●  DirectX發(fā)展歷程

1．DirectX 1.0

 DirectX 1.0

    1995年9月，伴隨著Windows95的發(fā)布，微軟推出了DirectX 1.0。其中，來自于ATI的開發(fā)團(tuán)隊為DirectX的開發(fā)帶來了最基礎(chǔ)的圖形技術(shù)。第一代的DirectX很不成功，推出時眾多的硬件均不支持，當(dāng)時基本都采用專業(yè)圖形API－OpenGL，缺乏硬件的支持成了其進(jìn)一步擴(kuò)大影響的最大障礙。DirectX 1.0版本是第一個可以直接對硬件信息進(jìn)行讀取的程序。它提供了更為直接的讀取圖形硬件的性能以及基本的聲音和輸入設(shè)備功能（函數(shù)），使開發(fā)的游戲能實現(xiàn)對二維（2D）圖像進(jìn)行加速。這時候的DirectX不包括Direct3D，還處于一個初級階段。

2．DirectX 2.0/2.0a

DirectX 2.0

    1996年，伴隨著Windows95的成功，微軟實行了一項新計劃，以支持在Windows95上運行更多的3D游戲，目標(biāo)是擴(kuò)大市PC領(lǐng)域的游戲市場。于是微軟收購了英國的Rendermorphics,Ltd.并得到了名為RealityLab的3D API。經(jīng)重新整理，微軟發(fā)布了新的3D API——Direct3D，并整合在DirectX2.0中。

    DirectX2.0最大的改善是在Direct Draw，而且為當(dāng)時風(fēng)靡全世界的《RedAlert》和《Diablo》所支持，《RedAlert》的Windows版本和《Diablo》都是在DirectX的標(biāo)準(zhǔn)上開發(fā)的。除了2D以外，DirectX2.0的D3D部分的雛形基本完成，由于當(dāng)時3D游戲較少，很多都是基于DOS開發(fā)的。世嘉公司的VR戰(zhàn)士的PC版本就是基于DirectX2.0開發(fā)完成的，雖然效果粗糙了一些，但Direct 3D魅力還是可以感受到的。

    在DirectX 2.0中，采用了“平滑模擬和RGB模擬”兩種模擬方式對三維(3D)圖像進(jìn)行加速計算的。DirectX 2.0同時也采用了更加友好的用戶設(shè)置程序并更正了應(yīng)用程序接口的許多問題。從DirectX 2.0開始，整個DirectX的設(shè)計架構(gòu)雛形就已基本完成。但是當(dāng)時3D游戲程序更多的是基于3DFX的Glide以及ID的QUAKE引擎(OpenGL)開發(fā)，支持Direct 3D的游戲很少。

3．DirectX 3.0/3.0a

    1996年后期，微軟發(fā)布了DirectX 3.0，DirectX 3.0是DirectX 2.0的簡單升級版，它對DirectX 2.0的改動并不多。包括對DirectSound（針對3D聲音功能）和DirectPlay（針對游戲/網(wǎng)絡(luò)）的一些修改和升級。DirectX 3.0集成了較簡單的3D效果，還不是很成熟。

    在微軟不遺余力的推廣下，DirectX的魅力被眾多軟硬件廠商看好，讓D3D有了與OpenGL與Glide格斗的資本。從這個版本開始，很多玩家知道了DirectX存在，也是這個時候開始出現(xiàn)了可以支持Direct 3D的加速卡，如Nvidia的Riva128，Intel的I740。

    當(dāng)然微軟在Direct3D的推廣中并不是一帆風(fēng)順，也出現(xiàn)過不少波折。微軟當(dāng)時拒絕了在Window95上支持OpenGL并采取異常手段收回對OpenGL的MCD驅(qū)動接口的支持，這個做法導(dǎo)致了很多游戲開發(fā)者的反對。QUAKE之父John Carmack公開聲明拒絕D3D，著名游戲制作人Chris Hecker在游戲開發(fā)雜志上發(fā)表了兩套API的全面分析，并以微軟應(yīng)放棄D3D為結(jié)論。以John Carmack為首的56名首席游戲開發(fā)者曾聯(lián)名至信微軟，要求其發(fā)行OpenGL MCD驅(qū)動。

    微軟則堅持自己的一貫立場：Direct3D面向通用（high-volume）、高性能應(yīng)用，認(rèn)為OpenGL只面向高精度的專業(yè)CAD應(yīng)用。所以微軟繼續(xù)增加對Direct3D的投資，并繼續(xù)削減對OpenGL的投入。

4．DirectX 5.0/5.1/5.2

    1997年6月，微軟公司跳過了DirectX 4.0，直接推出了DirectX 5.0。DirectX 5.0對Direct3D做出了很大的改動，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感得以增強(qiáng)，此外還加入了S3的紋理壓縮技術(shù)。

DirectX 5.0架構(gòu)

    同時，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。此時的DirectX性能完全不遜色于其它3D API，而且大有后來居上之勢。

    微軟的投入也得到了回報，3DFX的GLIDE API開始逐漸失去了過去在游戲開發(fā)領(lǐng)域的優(yōu)勢地位，最著名的兩個例子就當(dāng)時稱得上是風(fēng)靡世界的古墓麗影2和優(yōu)品飛車2，這兩個過去本來是GLIDE的御用游戲，都加入了對D3D API的支持，當(dāng)時著名的Riva 128等非VOODOO顯卡也可以通過D3D接口完美的運行游戲。

 5．DirectX 6/6.1

DirectX 6

    1998年7月，DirectX 6正式發(fā)布，它的新特性有：幾何形體的靈活頂點格式定義、幾何形體的頂點緩沖存儲、支持多紋理渲染、自動紋理管理、可選深度緩沖（使用Z Buffer或W Buffer）、通過凹凸環(huán)境貼圖（ENV BUMP ENVMAP，同級別顯卡中只有MATROX的G400支持）為反光面和水波特效提供逐像素的渲染和貼圖能力。DirectX 6的3D效果更豐富，而且借助硬件的強(qiáng)大性能，可以渲染出高分辨率下的32位色的圖像效果。可以看到，這一時期，DirectX 的技術(shù)進(jìn)步速度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了GLIDE。

6．DirectX 7/7.1

    1999年9月，微軟推出了DirectX 7.0。DirectX7最大的進(jìn)步就是支持硬件T&L（Transforms&Lighting），也就是“坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和光源”。上一章已經(jīng)有過介紹，此處不再贅述。

DirectX 7

    DirectX 7的其它新特性有：立方體表面的環(huán)境貼圖、幾何渲染、改進(jìn)的紋理渲染、自動紋理坐標(biāo)生成、紋理轉(zhuǎn)換、投影紋理和任意面裁剪、D3DX實用庫等。

    DirectX 7的發(fā)布無疑給了GLIDE的致命的一擊，DirectX 7提供的特效更豐，D3D函數(shù)庫的引入方便了開發(fā)人員的使用，迅速得到游戲廠商的青睞。為了挽回局面，3DFX甚至還開放GLIDE源代碼，但最終GLIDE還是被廣大開發(fā)人員所離棄。沒有了GLIDE的3DFX最終也以被自己的老對手NVIDIA收購而告終。

7．DirectX 8.0/8.1

    2000年9月，微軟正式推出了劃時代的DirectX 8 ，將可編程的著色管線概念正式引入到GPU,新的shaders（著色器）數(shù)據(jù)處理方式也是DirectX 8中最具意義的創(chuàng)新。Shader采用了新的數(shù)據(jù)處理程序模型，這與舊有的預(yù)定義模型是不同的。這種模型中，數(shù)據(jù)是透過virtual machine以一個類似于帶有特殊匯編指令集的pre-arranged（事先安排好）程序進(jìn)行處理的，程序員可以直接對其進(jìn)行編程。
 

DirectX 8
    憑借可編程幾何管線和可編程像素管線，使用者可以自由的控制幾何和像素的代碼設(shè)計。這對于圖形開發(fā)者是空前的，他們可以通過基本的著色器，利用開發(fā)工具，產(chǎn)生全新的，極具創(chuàng)造力的效果。也正是可編程管線的引入，為GPU發(fā)展翻開了新的篇章，GPU開始向SIMD處理器方向發(fā)展，憑借強(qiáng)大的并行處理性能，使得GPU開始用有了部分流式處理器特征，逐漸開始被用于工程方面的通用計算。

DirectX 8架構(gòu)

    DirectX 8的其他特性：編寫定制的硬件著色器，例如通用紋理組合公式，逐像素光照（凹凸貼圖），適用于實現(xiàn)照片（真實）級鏡面效果的逐像素環(huán)境貼圖或者任何其他開發(fā)者定義的算法。 支持多重采樣渲染 、高性能的粒子系統(tǒng)渲染、 3D空間紋理 、允許范圍衰減、包含了用于輸出Direct3D蒙皮網(wǎng)格的三維內(nèi)容創(chuàng)建工具插件，使用了Direct3D多種不同技術(shù)，多分辨率層次細(xì)節(jié)（LOD）幾何、索引頂點混合 、擴(kuò)充了Direct3DX實用庫。

    2001年底，Microsoft推出了DirectX8.1，主要的改進(jìn)是增加了PixelShader 1.2/1.3/1.4。在此之前，Microsoft差不多每年推出一個DirectX新版本，到DX8以后，這個速度開始減緩，以后的DirectX9也是如此。主要的原因是自 DirectX 7以后，每一個版本（major release）實際對應(yīng)于一代新的顯示核心，硬件的更新周期要長于軟件，所以作為圖形API的DirectX要照顧到軟件更新的速度。另外，游戲開發(fā)的復(fù)雜程度也越來越高，開發(fā)周期也越來越長，而游戲開發(fā)人員并不希望在開發(fā)過程中更新API。

8．DirectX 9.0/9.0b/9.0c

DirectX 9.0

    2002年底，微軟發(fā)布DirectX9.0。DirectX 9中Shader的渲染精度已達(dá)到浮點精度，為GPU向通用計算領(lǐng)域的發(fā)展邁出了決定性的一步。全新的VertexShader(頂點著色引擎)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，每個程序的著色指令增加到了1024條。全新高級著色器語言的引入，使得程序員從底層代碼中解放出來。

DirectX 9詳細(xì)規(guī)格

    PS 2.0具備完全可編程的架構(gòu)，能對紋理效果即時演算、動態(tài)紋理貼圖，還不占用顯存，理論上對材質(zhì)貼圖的分辨率的精度提高無限多；另外PS1.4只能支持28個硬件指令，同時操作6個材質(zhì)，而PS2.0卻可以支持160個硬件指令，同時操作16個材質(zhì)數(shù)量，新的高精度浮點數(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，電影級別的顯示效果輕而易舉的實現(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，減少工作時間，提高處理效率；擴(kuò)展著色指令個數(shù)，從128個提升到256個。

    DirectX9的出現(xiàn)使得OpenGL API在游戲開發(fā)領(lǐng)域的應(yīng)用走到了尾聲。目前，除了ID SOFTWARE自家的DOOM、QUAKE系列，基于OpenGL API開發(fā)的游戲已經(jīng)屈指可數(shù)了。微軟把OpenGL API的應(yīng)用限制在專業(yè)工作站領(lǐng)域的目的已經(jīng)達(dá)到。

DirectX9.0c

    DirectX9也有DirectX9.0b和DirectX9.0c兩個版本，由于篇幅關(guān)系，此處不再詳細(xì)介紹。