DirectX，它比Windows GDI要快好幾倍，可用於不同的語言和多種平台，支持從繪製象素到高級3D圖象，從播放簡單聲音到數字音樂，從鍵盤控制到反震手柄……它給你遊戲編程所需的一切（有點誇張）。當然了，它是巨大的，需要好幾本書才能含蓋它的全部。
基本介紹
- 中文名：DirectX軟體
- 性質：比Windows GDI要快好幾倍
- 釋義：可用於不同的語言
- 特色：支持從繪製象素到高級3D圖象
概要,DirectX軟體簡介,什麼是DirectX,功用,組件對象模型（COM）,設定,DirectX版本號,DirectX 5.0,DirectX 6.0,DirectX 7.0,DirectX 8.0,DirectX 9.0,DirectX 10.0,
概要
閱讀本章，你需要前幾章的知識和C語言的知識，由於我們還要談到組件對象模型（COM），它是面向對象系統的基礎，你最好還要有一點兒C++的知識。沒有也不太要緊，我在講到這處時會照顧你的。反正你記住，使用DirectX並不需要多少C++的知識。開始吧！
DirectX軟體簡介
什麼是DirectX
DirectX是遊戲製作者的API（Application programming Interface）。它是一組允許你直接控制計算機硬體設備的軟體。如果你的硬體支持DirectX，並且你用硬體加速你的程式，這就意味著一個字——快。不用擔心你的硬體知識，你不會真正的接觸到它們。我們是通過硬體抽象層（HAL）和硬體仿真層（HEL）來保證設備無關性和讓你的程式正常運行。
DirectX由很多組件構成，每一個都有特定的用途。組件DirectDraw是最為重要的一個，因為所有的圖形都要用到它，它是2D圖形的引擎，3D圖形也同樣離不開它。DirectDraw是我們今天就要說的。其它的組件是：
DirectSound：提供硬體和軟體的聲音混合與回放。
DirectMusic：處理基於訊息的音樂數據。它支持樂器數字接口（MIDI）並為創建互動式音樂提供創作工具。
DirectPlay：使得通過數據機連結或通過網路來與應用程式相連成為可能。
Direct3D：是一個三維圖形包，它提供一個高級的保留模式（Retained Mode）接口，這使得你能夠實現一個完整的三維圖形系統。它還包含一個低級的即時模式（Immediate Mode）接口，使得應用程式獲得對渲染管線的完全控制。
DirectInput：為包括遊戲桿、滑鼠、鍵盤和遊戲控制器在內的輸入設備提供支持。它還為反饋遊戲設備提供支持。
AutoPlay：讓你能夠製作一張一旦插入驅動器就能自動安裝的光碟。AutoPlay並非DirectX所獨有，因為它是Microsoft Win32 API的一部分。
組件對象模型（COM）是DirectX的基礎，有一些技巧建立COM對象——別問我怎么做——但你知道一點點還是有好處的。我只是簡單說一下，如果你有興趣，具體的細節就自己查資料吧！可能下一節你有些困惑，但不要緊，我所說的你不用太明白，畢竟我們的目的是使用COM對象，這可比創建容易多了。
功用
DirectX加強3D圖形和聲音效果，並提供設計人員一個共同的硬體驅動標準，讓遊戲開發者不必為每一品牌的硬體來寫不同的驅動程式，也降低用戶安裝及設定硬體的複雜度。從字面意義上說，Direct就是直接的意思，而後邊的X則代表了很多的意思，從這一點上我們就可以看出DirectX的出現就是為了為眾多軟體提供直接服務的。
舉個例子，骨灰級玩家以前在DOS下玩遊戲時，可不像我們現在，安裝上就可以玩了，他們往往首先要先設定音效卡的品牌和型號，然後還要設定IRQ（中斷）、I/O（輸入與輸出）、DMA（存取模式），如果哪項設定的不對，那么遊戲聲音就發不出來。這部分的設定不僅讓玩家傷透腦筋，而且對遊戲開發者來說就更頭痛了，因為為了讓遊戲能夠在眾多電腦中正確運行，開發者必須在遊戲製作之初，便需要把市面上所有音效卡硬體數據都收集過來，然後根據不同的 API（套用編程接口）來寫不同的驅動程式，這對於遊戲製作公司來說，是很難完成的，所以說在當時多媒體遊戲很少。微軟正是看到了這個問題，為眾廠家推出了一個共同的應用程式接口——DirectX，只要這個遊戲是依照Directx來開發的，不管你是什麼顯示卡、音效卡、統統都能玩，而且還能發揮更佳的效果。當然，前提是你的顯示卡、音效卡的驅動程式也必須支持DirectX才行。
組件對象模型（COM）
COM接口是DirectX技術的基礎，沒有COM就沒有DirectX。（不用擔心，你只需要對COM技術有一個粗淺的了解就可以使用DirectX——只要你在編寫DirectX應用程式時遵循一定的步驟，甚至都可以在不了解COM的情況下使用DirectX。
DirectX的大多數API都是基於COM結構的。COM為軟體模組化和軟體重用提供了最堅實的基礎，它的最重要的概念就是接口（interface），接口是軟體重用的最基本方法。更專業的說，接口是一系列操作的規範描述，即接口規範。
· QueryInterface()：此方法查詢新接口，並在新接口存在時返回之。
· Release（）：此方法將COM對象的引用計數遞減1。當引用計數遞減到0時，該COM對象自動釋放。
所有COM對象都具有這三個方法。雖然DirectX應用程式一般不需要考慮引用計數的問題，但引用計數確實是存在的，它已經由DirectX自動完成了。我們所要做的，就是創建DirectX對象，然後在使用完畢後調用Release方法釋放引用。
設定
用DirectX創建程式，你需要有三件主要的事要做。第一件事是COM對象本身，它們包含在.DLL檔案里，這些.DLL檔案需要在Windows里註冊，這在安裝DirectX軟體包時已經完成了。這些對象是我們創建DirectX應用程式時用到的接口，例如IdirectDraw。但這還不夠，因為在COM層上直接使用DirectX是令人沮喪的和乏味的。我們希望有更容易的辦法解決它。利用靜態庫（.LIB檔案）是個好辦法，它是DirectX軟體包的一部分，你可以從Microsoft免費獲得。它有一個“打包”函式使你工作更輕鬆。使用DirectX的不同組件，你需要連結不同的靜態庫。例如你要使用DirectDraw組件，你就需要ddraw.lib。
最後，你還需要DrectX頭檔案，它包含函式原形、宏、常量和你需要用到的各種類型。對於DirectDraw，這個頭檔案是ddraw.h。要確認你使用了正確的檔案版本，你還得讓編譯器包含軟體開發包的目錄。具體的做法是：
首先點擊Tool選單，選擇Options，然後點擊Directories，在Show Directories for 組合框下拉選單中選擇Include files，增加一個新的目錄。將你的DirectX的路徑填入。（例如：C:DXSDKinclude）然後將它移到列表的第一位，使編譯時第一個尋找它（防止尋找老版本）。然後選擇Show Directories for組合框下拉選單中的Library files，方法同前，只是把include改成lib。現在，你已經設定完了DirectX。你仍然需要手動增加一些庫檔案到你的項目中，但先不急，我將在以後講它。我們將使用DirectX 7.0。
DirectX版本號
DirectX 5.0
微軟公司並沒有推出DirectX 4.0，而是直接推出了DirectX 5.0。此版本對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遊戲中的空間感和真實感得以增強，還加入了S3的紋理壓縮技術。同時，DirectX 5.0在其它各組件方面也有加強，在音效卡、遊戲控制器方面均做了改進，支持了更多的設備。因此，DirectX發展到DirectX 5.0才真正走向了成熟。此時的DirectX性能完全不遜色於其它3D API，而且大有後來居上之勢。
DirectX 6.0
DirectX 6.0推出時，其最大的競爭對手之一Glide，已逐步走向了沒落，而DirectX則得到了大多數廠商的認可。DirectX 6.0中加入了雙線性過濾、三線性過濾等最佳化3D圖像質量的技術，遊戲中的3D技術逐漸走入成熟階段。
DirectX 7.0
DirectX 7.0最大的特色就是支持T&L，中文名稱是“坐標轉換和光源”。3D遊戲中的任何一個物體都有一個坐標，當此物體運動時，它的坐標發生變化，這指的就是坐標轉換；3D遊戲中除了場景+物體還需要燈光，沒有燈光就沒有3D物體的表現，無論是實時3D遊戲還是3D影像渲染，加上燈光的3D渲染是最消耗資源的。雖然OpenGL中已有相關技術，但此前從未在民用級硬體中出現。在T&L問世之前，位置轉換和燈光都需要CPU來計算，CPU速度越快，遊戲表現越流暢。使用了T&L功能後，這兩種效果的計算用顯示卡的GPU來計算，這樣就可以把CPU從繁忙的勞動中解脫出來。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遊戲。
DirectX 8.0
DirectX 8.0的推出引發了一場顯示卡革命，它首次引入了“像素渲染”概念，同時具備像素渲染引擎(Pixel Shader)與頂點渲染引擎(Vertex Shader)，反映在特效上就是動態光影效果。同硬體T&L僅僅實現的固定光影轉換相比，VS和PS單元的靈活性更大，它使GPU真正成為了可程式的處理器。這意味著程式設計師可通過它們實現3D場景構建的難度大大降低。通過VS和PS的渲染，可以很容易的寧造出真實的水面動態波紋光影效果。此時DirectX的權威地位終於建成。
DirectX 9.0
PS 2.0具備完全可程式的架構，能對紋理效果即時演算、動態紋理貼圖，還不占用顯存，理論上對材質貼圖的解析度的精度提高無限多；另外PS1.4隻能支持28個硬體指令，同時操作6個材質，而PS2.0卻可以支持160個硬體指令，同時操作16個材質數量，新的高精度浮點數據規格可以使用多重紋理貼圖，可操作的指令數可以任意長，電影級別的顯示效果輕而易舉的實現。
VS 2.0通過增加Vertex程式的靈活性，顯著的提高了老版本(DirectX8)的VS性能，新的控制指令，可以用通用的程式代替以前專用的單獨著色程式，效率提高許多倍；增加循環操作指令，減少工作時間，提高處理效率；擴展著色指令個數，從128個提升到256個。
增加對浮點數據的處理功能，以前只能對整數進行處理，這樣提高渲染精度，使最終處理的色彩格式達到電影級別。突破了以前限制PC圖形圖象質量在數學上的精度障礙，它的每條渲染流水線都升級為128位浮點顏色，讓遊戲程式設計師們更容易更輕鬆的創造出更漂亮的效果，讓程式設計師編程更容易。
DirectX 10.0
DirectX 10
幾何渲染單元
在DirectX 10的圖形流水線體系中，最大的結構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渲染單元之後，但它並不像頂點渲染單元那樣輸出一個個頂點，而是以圖元作為處理對象。圖元在層次上比頂點高一級，它由一個或多個頂點構成。由單個頂點組成的圖元被稱為“點”，由兩個頂點組成的圖元被稱為“線”，由三個頂點組成的圖元被稱為“三角形”。幾何渲染單元支持點、線、三角形、帶鄰接點的線、帶鄰接點的三角形等多種圖元類型，它一次最多可處理六個頂點。藉助豐富的圖元類型支持，幾何渲染單元可以讓GPU提供更精細的模型細節。
幾何渲染單元賦予GPU自行創造新幾何物體、為場景添加內容的神奇能力。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，現在完全可交由GPU處理。如此一來，CPU就有更多時間處理人工智慧、定址等工作。更令人驚喜的是，幾何渲染單元還讓物理運算的加入變得更簡單，DirectX 10可創建具備物理特性的盒子、模擬剛性物體，物理運算有望在它的帶領下逐漸走向普及。可以預見，藉助幾何渲染單元這一武器，顯示卡性能將產生質的飛躍，我們也將體驗到速度更流暢、畫面更精美、情節更細緻的遊戲。
改進的API和驅動功效
並行引擎支持技術
為了提升多塊顯示卡協作的工作效率，微軟在DirectX 10中提出了“Parallel Engine Support（並行引擎支持）”的概念，它可以預先把兩個GPU需要的數據分別傳輸到兩塊對應的GPU當中，幀渲染將完全由驅動控制和調配，兩塊顯示卡的工作強度可以獲得很好的平衡。而在目前主從卡的運作模式中，主卡要對從卡框架、渲染數量進行判定，而引入並行引擎支持技術後，主從卡的概念將消失，兩塊甚至多塊顯示卡的協作威力將充分體現。
DirectX 10最大的革新就是統一渲染架構（Unified Shader Architecture）。目前各類圖形硬體和API均採用分離渲染架構，即頂點渲染和像素渲染各自獨立進行，前者的任務是構建出含三維坐標信息的多邊形頂點，後者則是將這些頂點從三維轉換為二維，這樣便可以通過視覺欺騙在螢幕上顯示出“三維”的場景。與此對應，GPU中也有專門的頂點渲染單元和像素渲染單元來分別執行這兩項工作（由於工作量不同，這兩種渲染單元的數量不相等，頂點渲染單元通常只有像素渲染單元的1/3～1/2）。在過去幾年中，這種分離式設計對計算機圖形領域的發展做出了一定的貢獻。
不過，微軟認為這種分離渲染架構不夠靈活，不同的GPU，其像素渲染單元和頂點渲染單元的比例不一樣，軟體開發人員在編寫代碼時必須考慮這個比例，這就大大限制了開發人員自由發揮的空間。另外，不同的圖形遊戲或軟體對像素渲染和頂點渲染的需求不一樣，導致GPU的運算資源得不到充分利用。為此，微軟在DirectX 10中提出了統一渲染架構的思想：在相同物理類型的渲染單元上執行不同類型的渲染程式。換句話說，只用一種渲染單元，讓它既能完成頂點渲染，也能完成像素渲染，甚至還能實現幾何渲染。這樣一來，渲染單元可以得到最大程度的利用，減少了資源閒置的情形。目前，Xbox 360的顯示晶片Xenos就採用了統一渲染架構，該晶片一共有48個渲染單元，它們可全部用於頂點渲染或像素渲染，沒有固定分配比例。此外，ATI也打算在新一代的R600晶片中採用統一渲染架構。
當然，統一渲染架構也並非完美無瑕。相對頂點渲染來說，像素渲染將面臨大規模使用紋理所帶來的材質延遲，這是統一渲染架構急待解決的問題。據悉，NVIDIA下一代的G80有可能繼續堅持分離式設計。到底是統一架構好還是分離設計好？相信只有等G80和R600同台競技後，答案才會揭曉。不過有一點可以肯定，在微軟的大力推動下，統一渲染架構是大勢所趨。
Vista
DirectX9還有一個不足之處，那就是它只能進行單任務渲染，即無法同時完成兩個場景的渲染工作（如無法在運行遊戲的同時為軟體渲染3D界面），套用範圍受到極大的限制。而DirectX 10則允許GPU同時渲染多個不相關的3D場景，工作效率大為提高。因此，儘管DirectX 9顯示卡大都能驅動Vista華麗的Aero Glass視覺模式，但很多方面受到了限制，只有DirectX 10顯示卡才是Vista的理想“伴侶”。
SM 4.0
從DirectX 8開始，Shader Model（渲染單元模式）在DirectX體系中的地位就日趨重要，其版本和渲染單元的規格也成為了決定顯示卡性能高低的關鍵因素（編註：關於Shader Model的具體介紹，請大家參閱本報今年第7期D15版）。隨著DirectX 10時代的到來，Shader Model也升級到了4.0版本。與眼下如日中天的Shader Model 3.0（以下簡稱SM 3.0）相比，Shader Model 4.0（以下簡稱SM 4.0）有哪些可喜的變化？
首先，SM4.0中的指令長度被提升到大於64K（即64×1024）的水平，這是SM 3.0規格（渲染指令長度允許大於512）的128倍。顯然，SM 4.0在為渲染出電影級別的遊戲畫面做準備。由於渲染指令長度大幅提升，SM 4.0中相應的暫存器規格也有所增強，如Constant暫存器採用16×4096陣列、tmp暫存器則有4096個、input暫存器採用16/32規格等，上述指標都比以前的DirectX有明顯的改進。其次，SM 4.0在紋理數量方面也有提高。DirectX 10允許程式設計師在渲染物體時使用128個紋理，而DirectX 9隻提供4/16規格，更多的紋理意味著物體表面精度更接近真實，遊戲開發者擁有更廣泛的選擇。
從上述情況不難看出，DirectX 10在性能方面的提升是巨大的，它將進一步解放CPU的資源。當然，我們也必須看到，DirectX 10對硬體（尤其是顯示卡）的要求也更為苛刻，GPU在設計上也將更加複雜。
