Windows多媒体开发 - DirectX

1. DirectX简介

DirectX 是由 Microsoft 开发的一组多媒体和图形 API，旨在提供对计算机上音频、视频、输入设备和图形硬件的访问。DirectX 提供了一种标准化的方法，使开发者能够更容易地编写与硬件无关的多媒体和游戏程序。以下是 DirectX 的主要版本：

1. DirectX 1.0 - 5.0:

   • 初期版本主要关注于基本的多媒体功能，包括音频和视频。
   • DirectX 2.0 引入了对 Windows 95 的支持。

2. DirectX 6.0:

   • 引入了 DirectDraw 和 Direct3D 的集成，为游戏和图形应用程序提供更好的支持。
   • 包括对硬件加速 3D 图形的初步支持。

3. DirectX 7.0:

   • 引入了 DirectSound3D 和 DirectShow。
   • 对硬件 T&L（变换与光照）的支持加强。

4. DirectX 8.0 - 8.1:

   • 引入了 DirectPlay 和 DirectMusic。
   • Direct3D 8.0 引入了可编程顶点和像素着色器。

5. DirectX 9.0 - 9.0c:

   • 引入了 Shader Model 2.0，支持更高级的图形效果。
   • Direct3D 9.0c 引入了多线程渲染，提高了性能。

6. DirectX 10:

   • 针对 Windows Vista 和后来的版本。
   • 引入了 Direct3D 10，支持新的硬件特性，如几何着色器和全局光照。
   • 仅在 Vista 及更高版本上可用。

7. DirectX 11:

   • 引入了 Direct3D 11，支持更高级的硬件特性，如Tessellation（镶嵌）和Compute Shader（计算着色器）。
   • 兼容 Windows 7 和 Windows 8。

8. DirectX 12:

   • 针对 Windows 10。
   • 引入了更低的驱动开销和更好的多线程处理。
   • 允许开发者更直接地控制硬件资源。
   • 提供了更高效的图形和计算性能。

每个版本的 DirectX 都引入了新的功能和技术，以适应不断发展的硬件和图形技术。开发者通常选择使用适用于其目标平台和需求的最新版本。

2. 版本功能介绍

2.1 DirectX 9.0

DirectX 9.0 开始后面的版本为目前主流使用的版本, DirectX 9.0 是 DirectX API 的一个重要版本，包含了多个组件，用于支持图形、音频和输入设备等多媒体功能。以下是 DirectX 9.0 主要的组件和模块：

1. Direct3D 9:

   • 提供了强大的 3D 图形渲染功能。
   • 引入了可编程顶点和像素着色器，支持 Shader Model 2.0。
   • 提供了高级的图形特效和渲染功能。

2. DirectDraw:

   • 用于 2D 图形渲染的组件。
   • 包括了对表面管理、双缓冲、调色板等功能的支持。

3. DirectSound:

   • 用于音频播放和音频效果的组件。
   • 提供了对声音设备的访问，支持 3D 音效。

4. DirectInput:

   • 用于处理输入设备的组件。
   • 提供了对键盘、鼠标、操纵杆等输入设备的支持。

5. DirectPlay:

   • 用于多人游戏和联机游戏的组件。
   • 提供了网络游戏开发所需的多人游戏功能。

6. DirectMusic:

   • 用于音乐和音效的组件。
   • 提供了对 MIDI 和其他音乐格式的支持，适用于游戏和多媒体应用。

7. DirectShow:

   • 用于多媒体流处理和视频播放的组件。
   • 提供了对视频和音频流的处理功能。

8. DirectX Graphics Infrastructure (DXGI):

   • DirectX Graphics Infrastructure (DXGI) 是与 Direct3D 紧密相关的组件，用于处理底层的图形资源管理和多显示器支持。
   • 提供了访问硬件设备和资源的接口。

9. DirectX Software Development Kit (SDK):

   • 提供了开发 DirectX 应用程序所需的工具、文档和示例代码。

2.2 DirectX 10

DirectX 10 是 DirectX API 的一个重要版本，引入了一些新的技术和特性。与之前的版本相比，DirectX 10 主要集中在图形方面，放弃了对 Windows XP 的支持，专注于 Windows Vista 及更高版本。

1. Direct3D 10:

   • 提供了全新的 3D 图形渲染功能。
   • 引入了统一着色器模型，消除了固定功能管道，所有渲染都使用可编程着色器完成。
   • 引入了几何着色器（Geometry Shader）和全局光照（Global Illumination）等新特性。

2. DirectCompute:

   • 引入了 DirectCompute，这是一种用于通用计算的 API。
   • 允许开发者使用 GPU 进行通用计算任务，而不仅仅是图形渲染。

3. Windows Display Driver Model (WDDM):

   • Windows Vista 引入的 WDDM 驱动模型在 DirectX 10 中变得更为重要。
   • 提供了对新一代显卡的更好支持，包括硬件加速的窗口渲染和更强大的图形驱动。

2.3 DirectX 11

DirectX 11 是 DirectX API 的一个重要版本，引入了多项新特性和改进，提供了更强大的图形渲染和通用计算功能。以下是 DirectX 11 主要的组件和模块：

1. Direct3D 11:

   • 提供了全新的 3D 图形渲染功能。
   • 引入了更高级的特性，如Tessellation（细分曲面）、Compute Shader（计算着色器）、Shader Model 5.0 等。
   • 引入了多重视图和混合视图，用于更灵活的图形渲染。

2. Direct2D:

   • 引入了 Direct2D，用于高性能的 2D 图形渲染。
   • 提供了硬件加速的 2D 渲染，适用于图形应用和游戏中的用户界面等。

3. DirectWrite:

   • 引入了 DirectWrite，用于高质量的文本渲染。
   • 提供了现代的文本布局和排版功能，支持 ClearType 渲染。

2.4 DirectX 12

DirectX 12 是 DirectX API 的最新版本，引入了许多新的特性和优化，以提供更好的性能和更灵活的图形和计算功能。以下是 DirectX 12 主要的组件和模块：

1. Direct3D 12:

   • 提供了全新的 3D 图形渲染功能。
   • 引入了显式多GPU支持，允许开发者更精细地控制多个图形卡的使用。
   • 引入了命令列表和命令队列，提高了多线程渲染的效率。

2. Direct2D 1.1:

   • 升级了 Direct2D，提供了更多的功能和性能优化。
   • 支持 Direct3D 12 的新特性，提供更强大的 2D 图形渲染。

3. DirectWrite 1.1:

   • 升级了 DirectWrite，提供了更好的文本渲染和排版功能。
   • 支持 Direct3D 12 的新特性，提供更高质量的 ClearType 渲染。

4. Windows Display Driver Model (WDDM) 2.0:

   • Windows 10 引入的 WDDM 2.0 进一步优化了图形驱动模型，提高了性能和效率。

5. 新的硬件特性支持:

   • 引入了一些新的硬件特性，例如资源堆（Resource Heap）和描述符堆（Descriptor Heap），提高了图形资源管理的效率。

6. DirectX Graphics Infrastructure (DXGI) 1.4:

   • 升级了 DXGI，支持 Direct3D 12 的新特性，提供更好的多显示器支持。

7. 新的渲染管道:

   • 引入了新的渲染管道模型，提供更直接的硬件控制和更低的开销。

8. DirectX Raytracing (DXR):

   • DirectX 12 引入了光线追踪技术，允许开发者实现更高质量的实时渲染效果。

9. DirectML (Direct Machine Learning):

   • 引入了 DirectML，用于机器学习任务的硬件加速。

10. DirectX Shader Model 6.0:

    • 支持更高级的着色器模型，提供更多的图形和计算编程能力。

DirectX 12 的设计旨在充分利用现代硬件的多核心和多线程能力，提供更低的开销和更高的性能，适用于 Windows 10 及更新版本。

2.5 DirectX与Windows系统版本关系

• DirectX 9 最初是为 Windows XP 推出的
• DirectX 10 最初是为 Windows Vista 推出的
• DirectX 11 最初是为 Windows 7 和 Windows Server 2008 R2 推出的
• DirectX 12 最初是为 Windows 10 推出的

所以他们的关系对应如下

在DirectX 这些组件中，Direct3D 是用于处理 3D 图形渲染的核心组件，其他组件则提供了处理音频、输入、网络、图形、计算等不同方面的功能。随着时间的推移，一些组件可能已经过时，而其他组件则得到了增强或替代。

后续会逐步学习相关组件的使用，欢迎关注获取后续的文章。