Direct3D es una interfaz de programación de aplicaciones gráficas (API) para Microsoft Windows . Como parte de DirectX , Direct3D se utiliza para representar gráficos tridimensionales en aplicaciones donde el rendimiento es importante, como los juegos. Direct3D utiliza aceleración de hardware si está disponible en la tarjeta gráfica , lo que permite la aceleración de hardware de todo el proceso de renderizado 3D o incluso solo una aceleración parcial. Direct3D expone las capacidades gráficas avanzadas del hardware de gráficos 3D, incluido el almacenamiento en búfer Z , [1] el almacenamiento en búfer W, [2] el almacenamiento en búfer de plantilla , el suavizado espacial , la combinación alfa , la combinación de colores, el mapeo MIP , la combinación de texturas, [3] [4 ] recorte , selección , efectos atmosféricos, mapeo de texturas con perspectiva correcta , sombreadores HLSL programables [5] y efectos. [6] La integración con otras tecnologías DirectX permite a Direct3D ofrecer funciones como mapeo de video, renderizado 3D por hardware en planos de superposición 2D e incluso sprites , proporcionando el uso de gráficos 2D y 3D en vínculos de medios interactivos.
Direct3D contiene muchos comandos para la representación de gráficos por computadora en 3D ; sin embargo, desde la versión 8, Direct3D reemplazó el marco DirectDraw y también asumió la responsabilidad de la representación de gráficos 2D . [7] Microsoft se esfuerza por actualizar continuamente Direct3D para admitir la última tecnología disponible en tarjetas gráficas 3D. Direct3D ofrece emulación completa de software de vértices , pero no emulación de software de píxeles para funciones no disponibles en el hardware. Por ejemplo, si el software programado usando Direct3D requiere sombreadores de píxeles y la tarjeta de video de la computadora del usuario no admite esa característica, Direct3D no lo emulará, aunque sí calculará y renderizará los polígonos y texturas de los modelos 3D, aunque a un ritmo habitual. Calidad y rendimiento degradados en comparación con el hardware equivalente. La API incluye un Rasterizador de referencia (o dispositivo REF), que emula una tarjeta gráfica genérica en el software, aunque es demasiado lento para la mayoría de las aplicaciones 3D en tiempo real y normalmente solo se usa para depurar. Un nuevo rasterizador de software en tiempo real, WARP , diseñado para emular el conjunto completo de funciones de Direct3D 10.1, se incluye con Windows 7 y Windows Vista Service Pack 2 con la Actualización de plataforma; Se dice que su rendimiento está a la par con las tarjetas 3D de gama baja en CPU de múltiples núcleos. [8]
Como parte de DirectX , Direct3D está disponible para Windows 95 y superiores, y es la base para la API de gráficos vectoriales en las diferentes versiones de los sistemas de consola Xbox . La capa de compatibilidad de Wine , una reimplementación de software gratuito de varias API de Windows, incluye una implementación de Direct3D.
El principal competidor de Direct3D es OpenGL de Khronos y su sucesor Vulkan . Fahrenheit fue un intento de Microsoft y SGI de unificar OpenGL y Direct3D en la década de 1990, pero finalmente fue cancelado.
En 1992, Servan Keondjian y Doug Rabson fundaron una empresa llamada RenderMorphics, que desarrolló una API de gráficos 3D llamada Reality Lab , que se utilizó en software CAD y de imágenes médicas. [15] Se lanzaron dos versiones de esta API. [16] Microsoft compró RenderMorphics en febrero de 1995, incorporando a Keondjian para implementar un motor de gráficos 3D para Windows 95 . [17] La primera versión de Direct3D se envió en DirectX 2.0 (2 de junio de 1996) y DirectX 3.0 (26 de septiembre de 1996).
Direct3D implementó inicialmente una API 3D de " modo inmediato " y le superpuso una API 3D de " modo retenido ". [18] Ambos tipos de API ya se ofrecían con la segunda versión de Reality Lab antes del lanzamiento de Direct3D. [16] Al igual que otras API de DirectX, como DirectDraw , ambas se basaron en COM . La API del modo retenido era una API de gráficos de escenas que logró poca adopción. Los desarrolladores de juegos clamaban por un control más directo de las actividades del hardware que el que podía proporcionar el modo retenido Direct3D. Sólo dos juegos que vendieron un volumen significativo, Lego Island y Lego Rock Raiders , se basaron en el modo retenido Direct3D, por lo que Microsoft no actualizó la API del modo retenido después de DirectX 3.0.
Para DirectX 2.0 y 3.0, el modo inmediato Direct3D utilizaba un modelo de programación de "búfer de ejecución" que Microsoft esperaba que los proveedores de hardware soportaran directamente. Los buffers de ejecución estaban destinados a ser asignados en la memoria del hardware y analizados por el hardware para realizar la representación 3D. Sin embargo, en ese momento se consideraban extremadamente difíciles de programar, lo que obstaculizó la adopción de la nueva API y provocó llamados para que Microsoft adoptara OpenGL como la API oficial de renderizado 3D para juegos y aplicaciones de estaciones de trabajo. [19] (ver OpenGL frente a Direct3D )
En lugar de adoptar OpenGL como API de juegos, Microsoft optó por seguir mejorando Direct3D, no sólo para ser competitivo con OpenGL, sino para competir más eficazmente con otras API propietarias como Glide de 3dfx .
Desde el principio, el modo inmediato también admitió la representación en mosaico de Talisman con los métodos BeginScene/EndScene de la interfaz IDirect3DDevice.
No se planearon cambios sustanciales en Direct3D para DirectX 4.0 , cuyo lanzamiento estaba previsto para finales de 1996 y luego se canceló. [20]
En diciembre de 1996, un equipo de Redmond se hizo cargo del desarrollo del Modo Inmediato Direct3D, mientras que el equipo de RenderMorphics con sede en Londres continuó trabajando en el Modo Retenido. El equipo de Redmond agregó la API DrawPrimitive que eliminó la necesidad de que las aplicaciones construyeran buffers de ejecución, haciendo que Direct3D se parezca más a otras API de renderizado en modo inmediato, como Glide y OpenGL . La primera versión beta de DrawPrimitive se envió en febrero de 1997, [21] y la versión final se envió con DirectX 5.0 en agosto de 1997. [22]
Además de introducir una API de modo inmediato más fácil de usar, DirectX 5.0 agregó el método SetRenderTarget que permitió a los dispositivos Direct3D escribir su salida gráfica en una variedad de superficies DirectDraw. [23]
DirectX 6.0 (lanzado en agosto de 1998) introdujo numerosas funciones para cubrir el hardware contemporáneo (como multitextura [24] y buffers de plantilla ), así como canalizaciones de geometría optimizadas para x87 , SSE y 3DNow. y gestión de texturas opcional para simplificar la programación. [25] Direct3D 6.0 también incluía soporte para características que habían sido licenciadas por Microsoft de proveedores de hardware específicos para su inclusión en la API, a cambio de la ventaja de tiempo de comercialización para el proveedor de la licencia. La compatibilidad con la compresión de texturas S3 fue una de esas características, renombrada como DXTC para fines de inclusión en la API. Otra fue la técnica de mapeo de relieve patentada por TriTech . Microsoft incluyó estas funciones en DirectX y luego las agregó a los requisitos necesarios para que los controladores obtengan un logotipo de Windows para fomentar una amplia adopción de las funciones en el hardware de otros proveedores.
Una actualización menor de DirectX 6.0 llegó en la actualización DirectX 6.1 de febrero de 1999. Además de agregar compatibilidad con DirectMusic por primera vez, esta versión mejoró la compatibilidad con las extensiones 3D de Intel Pentium III . [26]
Un memorando confidencial enviado en 1997 [27] muestra que Microsoft planea anunciar soporte completo para Talisman en DirectX 6.0, pero la API terminó siendo cancelada (consulte la página de Microsoft Talisman para más detalles).
DirectX 7.0 (lanzado en septiembre de 1999) introdujo el formato de textura .dds [28] y soporte para aceleración de hardware de transformación e iluminación [29] (disponible por primera vez en hardware de PC con GeForce 256 de Nvidia ), así como la capacidad de asignar buffers de vértices. en la memoria del hardware. Los buffers de vértices de hardware representan la primera mejora sustancial con respecto a OpenGL en la historia de DirectX. Direct3D 7.0 también aumentó la compatibilidad con DirectX para hardware de texturas múltiples y representa el pináculo de las características de canalización de texturas múltiples de función fija: aunque potente, era tan complicado de programar que se necesitaba un nuevo modelo de programación para exponer las capacidades de sombreado del hardware de gráficos.
DirectX 8.0 , lanzado en noviembre de 2000, introdujo la programabilidad en forma de sombreadores de vértices y píxeles , lo que permitió a los desarrolladores escribir código sin preocuparse por el estado superfluo del hardware. [30] La complejidad de los programas de sombreado dependía de la complejidad de la tarea, y el controlador de pantalla compilaba esos sombreadores en instrucciones que el hardware podía entender. Direct3D 8.0 y sus capacidades de sombreado programables fueron la primera gran desviación de una arquitectura de función fija estilo OpenGL, donde el dibujo está controlado por una complicada máquina de estados. Direct3D 8.0 también eliminó DirectDraw como API independiente. [31] [32] Direct3D subsumió todas las llamadas API de DirectDraw restantes que aún eran necesarias para el desarrollo de aplicaciones, como Present(), la función utilizada para mostrar los resultados de renderizado.
Direct3D no se consideraba fácil de usar, pero a partir de la versión 8.1 de DirectX, se resolvieron muchos problemas de usabilidad. Direct3D 8 contenía muchas funciones potentes de gráficos 3D, como sombreadores de vértices , sombreadores de píxeles , niebla , mapeo de relieve y mapeo de texturas .
Direct3D 9.0 , [33] lanzado en diciembre de 2002, agregó una nueva versión del lenguaje de sombreado de alto nivel [34] [35] compatible con formatos de textura de punto flotante, múltiples objetivos de renderizado (MRT), [36] texturas de elementos múltiples, [37] búsquedas de texturas en las técnicas de sombreador de vértices y búfer de plantilla. [38]
Direct3D 9Ex Mejoras de Direct3D 9Ex: aplicaciones Win32
Una extensión sólo disponible en Windows Vista y posteriores (7, 8, 8.1, 10 y 11), llamada Direct3D 9Ex [39] (anteriormente versión 9.0L (L – nombre en clave Windows Longhorn)), permite aprovechar las ventajas que ofrece Modelo de controlador de pantalla de Windows (WDDM) de Windows Vista y se utiliza para Windows Aero . [40] Direct3D 9Ex, junto con los controladores WDDM de clase DirectX 9, permite virtualizar la memoria gráfica y paginarla en la memoria del sistema, permite interrumpir y programar las operaciones gráficas y permite compartir superficies DirectX entre procesos. [41] Direct3D 9Ex se conocía anteriormente como la versión 1.0 de Windows Graphics Foundation (WGF).
Windows Vista incluye una actualización importante de la API Direct3D. Originalmente llamado WGF 2.0 (Windows Graphics Foundation 2.0), luego DirectX 10 y DirectX Next. Direct3D 10 [42] presenta un modelo de sombreador 4.0 actualizado e interrumpibilidad opcional para programas de sombreado. [41] En este modelo, los sombreadores todavía constan de etapas fijas como en versiones anteriores, pero todas las etapas admiten una interfaz casi unificada, así como un paradigma de acceso unificado para recursos como texturas y constantes de sombreado. El lenguaje en sí se ha ampliado para que sea más expresivo, incluidas operaciones con números enteros, un recuento de instrucciones mucho mayor y más construcciones de lenguaje tipo C. Además de las etapas de sombreado de píxeles y vértices disponibles anteriormente , la API incluye una etapa de sombreado de geometría que rompe el modelo antiguo de un vértice dentro/un vértice fuera, para permitir que la geometría se genere desde dentro de un sombreador, lo que permite generar geometría compleja. ser generado íntegramente por el hardware de gráficos.
Windows XP no es compatible con DirectX 10.0 y superiores.
Además, Direct3D 10 dejó de admitir la API de modo retenido que había sido parte de Direct3D desde el principio, lo que hacía que Windows Vista fuera incompatible con los juegos 3D que habían utilizado la API de modo retenido como motor de renderizado . [43]
A diferencia de las versiones anteriores de la API, Direct3D 10 ya no utiliza "bits de capacidad" (o "límites") para indicar qué funciones son compatibles con un dispositivo gráfico determinado. En cambio, define un estándar mínimo de capacidades de hardware que deben ser compatibles para que un sistema de visualización sea "compatible con Direct3D 10". Este es un cambio significativo, con el objetivo de simplificar el código de la aplicación eliminando el código de verificación de capacidades y los casos especiales basados en la presencia o ausencia de capacidades específicas.
Debido a que el hardware Direct3D 10 era comparativamente raro después del lanzamiento inicial de Windows Vista y debido a la enorme base instalada de tarjetas gráficas no compatibles con Direct3D 10, los primeros juegos compatibles con Direct3D 10 aún proporcionan rutas de renderizado de Direct3D 9. Ejemplos de tales títulos son juegos escritos originalmente para Direct3D 9 y adaptados a Direct3D 10 después de su lanzamiento, como Company of Heroes , o juegos desarrollados originalmente para Direct3D 9 con una ruta de Direct3D 10 adaptada más adelante durante su desarrollo, como Hellgate: London o Crisis . El SDK de DirectX 10 estuvo disponible en febrero de 2007. [44]
El hardware de nivel Direct3D 10.0 debe admitir las siguientes características: la capacidad de procesar primitivas completas en la nueva etapa de sombreado de geometría, la capacidad de generar datos de vértices generados por canalización en la memoria mediante la etapa de salida de flujo, soporte de alfa a cobertura de muestreo múltiple, lectura de una superficie de plantilla/profundidad o un recurso de muestreo múltiple una vez que ya no está vinculado como objetivo de renderizado, integración completa de HLSL: todos los sombreadores de Direct3D 10 están escritos en HLSL y se implementan con el núcleo de sombreador común, operaciones de sombreador entero y bit a bit, organización del estado de la canalización en 5 objetos de estado inmutables, organización de las constantes del sombreador en búferes constantes, mayor número de objetivos de renderizado, texturas y muestreadores, sin límite de longitud del sombreador, nuevos tipos y formatos de recursos, [45] capas de tiempo de ejecución/API en capas, [ 46] opción para realizar intercambio y configuración de material por primitivo usando un sombreador de geometría, mayor generalización del acceso a recursos usando una vista, bits de capacidad de hardware heredados eliminados (caps).
Microsoft anunció Direct3D 10.1 [52] poco después del lanzamiento de Direct3D 10 como una actualización menor. La especificación finalizó con el lanzamiento de DirectX SDK en noviembre de 2007 y el tiempo de ejecución se envió con Windows Vista SP1 , que está disponible desde mediados de marzo de 2008.
Direct3D 10.1 establece algunos estándares de calidad de imagen más para los proveedores de gráficos y brinda a los desarrolladores más control sobre la calidad de la imagen. [53] [54] Las características incluyen un control más preciso sobre el suavizado (tanto multimuestreo como supermuestreo con sombreado por muestra y control de la aplicación sobre la posición de la muestra) y más flexibilidades para algunas de las características existentes (matrices de mapas de cubos y modos de fusión independientes). El hardware de nivel Direct3D 10.1 debe admitir las siguientes características: Se ha mejorado el muestreo múltiple para generalizar la transparencia basada en la cobertura y hacer que el muestreo múltiple funcione de manera más efectiva con renderizado de múltiples pasadas, mejor comportamiento de selección: las caras de área cero se seleccionan automáticamente; esto afecta solo la representación de estructura alámbrica, modos de fusión independientes por objetivo de representación, nueva ejecución de sombreador de píxeles de frecuencia de muestra con rasterización primitiva, mayor ancho de banda de etapa de canalización, superficies MSAA de color y profundidad/plantilla ahora se pueden usar con CopyResource como origen o destino. MultisampleEnable solo afecta la rasterización de líneas (los puntos y triángulos no se ven afectados) y se utiliza para elegir un algoritmo de dibujo de líneas. Esto significa que algunas rasterizaciones multimuestra de Direct3D 10 ya no son compatibles. Muestreo de texturas: las instrucciones sample_c y sample_c_lz están definidas para funcionar con Texture2DArrays y TextureCubeArrays usan el miembro Location (el componente alfa) para especificar un índice de matriz, soporte para TextureCubeArrays.
A diferencia de Direct3D 10, que requería estrictamente hardware e interfaces de controlador de clase Direct3D 10, el tiempo de ejecución de Direct3D 10.1 puede ejecutarse en hardware Direct3D 10.0 utilizando un concepto de "niveles de funciones", [ 56] [57] [58] pero las nuevas funciones son compatibles exclusivamente con nuevas hardware que expone el nivel de característica 10_1.
El único hardware Direct3D 10.1 disponible en junio de 2008 eran las series Radeon HD 3000 y Radeon HD 4000 de ATI ; en 2009, se les unieron las GPU Chrome 430/440GT de S3 Graphics y modelos selectos de gama baja de la serie GeForce 200 de Nvidia . En 2011, los conjuntos de chips Intel comenzaron a admitir Direct3D 10.1 con la introducción de Intel HD Graphics 2000 (GMA HD).
Direct3D 11 [59] se lanzó como parte de Windows 7. Se presentó en Gamefest 2008 el 22 de julio de 2008 y se demostró en la conferencia técnica Nvision 08 el 26 de agosto de 2008. [60] [61] La vista previa técnica de Direct3D 11 tiene se incluyó en la versión de noviembre de 2008 de DirectX SDK. [62] AMD presentó una vista previa del hardware DirectX11 en funcionamiento en Computex el 3 de junio de 2009, ejecutando algunas muestras del SDK de DirectX 11. [63]
El tiempo de ejecución de Direct3D 11 puede ejecutarse en controladores y hardware de clase Direct3D 9 y 10.x utilizando el concepto de "niveles de características", ampliando la funcionalidad introducida por primera vez en el tiempo de ejecución de Direct3D 10.1. [56] [64] [65] Los niveles de funciones permiten a los desarrolladores unificar el proceso de renderizado bajo la API Direct3D 11 y hacer uso de mejoras de la API, como una mejor gestión de recursos y subprocesos múltiples incluso en tarjetas de nivel básico, aunque funciones avanzadas como nuevos modelos de sombreado. y las etapas de renderizado solo estarán expuestas en hardware de nivel superior. [64] [66] Hay tres perfiles "10 Nivel 9" que encapsulan varias capacidades de las populares tarjetas DirectX 9.0a, y Direct3D 10, 10.1 y 11 tienen cada uno un nivel de función independiente; cada nivel superior es un superconjunto estricto de un nivel inferior. [67]
La teselación se consideró anteriormente para Direct3D 10, pero luego se abandonó. Las GPU como Radeon R600 cuentan con un motor de teselación que se puede usar con Direct3D 9/10/10.1 [68] [69] [70] y OpenGL, [71] pero no es compatible con Direct3D 11 (según Microsoft). El hardware de gráficos más antiguo, como Radeon 8xxx, GeForce 3/4, admitía otra forma de teselación (parches RT, parches N), pero esas tecnologías nunca tuvieron un uso sustancial. Como tal, se eliminó el soporte del hardware más nuevo.
Microsoft también ha insinuado otras características como la transparencia independiente del orden , que nunca fue expuesta por la API Direct3D pero soportada casi de forma transparente por el hardware Direct3D anterior, como la línea de chips PowerVR de Videologic.
Las características de Direct3D 11.0 incluyen: compatibilidad con Shader Model 5.0, vinculación dinámica de sombreadores, recursos direccionables, tipos de recursos adicionales, [72] subrutinas, creación de instancias de geometría, cobertura como entrada de sombreador de píxeles, interpolación programable de entradas, nuevos formatos de compresión de texturas (1 nuevo formato LDR). y 1 nuevo formato HDR), abrazaderas de textura para limitar la precarga de WDDM, requieren 8 bits de precisión subtexel y sub-mip en el filtrado de texturas, límites de textura de 16K, Gather4(soporte para texturas multicomponente, soporte para compensaciones programables), DrawIndirect, oProfundidad conservadora, sesgo de profundidad, [73] [74] salida de flujo direccionable, sujeción de mapa MIP por recurso, ventanas gráficas de punto flotante, instrucciones de conversión de sombreador, subprocesos múltiples mejorados.
Otras características notables son la adición de dos nuevos algoritmos de compresión de texturas para un empaquetado más eficiente de texturas HDR/alfa de alta calidad y un mayor caché de texturas .
Visto por primera vez en la versión Release Candidate , Windows 7 integra el primer soporte Direct3D 11 lanzado. La Actualización de plataforma para Windows Vista incluye el tiempo de ejecución Direct3D 11 con todas las funciones y la actualización DXGI 1.1, así como otros componentes relacionados de Windows 7 como WARP , Direct2D , DirectWrite y WIC . [78] [79]
Direct3D 11.1 [80] [81] es una actualización de la API que se incluye con Windows 8 . [82] [83] El tiempo de ejecución de Direct3D en Windows 8 incluye DXGI 1.2 [84] y requiere nuevos controladores de dispositivo WDDM 1.2 [85] . [86] La versión preliminar del SDK de Windows para Windows 8 Developer Preview se publicó el 13 de septiembre de 2011.
La nueva API presenta seguimiento de sombreador y mejoras en el compilador HLSL, compatibilidad con tipos de datos escalares HLSL de precisión mínima, [87] UAV (vistas de acceso desordenado) en cada etapa del proceso, rasterización independiente del objetivo (TIR), opción para asignar SRV de buffers dinámicos con NO_OVERWRITE, procesamiento de sombreado de recursos de video, opción para usar operaciones lógicas en un objetivo de renderizado, opción para vincular un subrango de un búfer constante a un sombreador y recuperarlo, opción para crear búferes constantes más grandes a los que puede acceder un sombreador, opción para descartar recursos y vistas de recursos, opción para cambiar subrecursos con nuevas opciones de copia, opción para forzar el recuento de muestras para crear un estado de rasterizador, opción para borrar total o parcialmente una vista de recursos, opción para usar Direct3D en procesos de la Sesión 0, opción para especificar el clip del usuario planos en HLSL en el nivel de característica 9 y superior, soporte para buffer de sombra en el nivel de característica 9, soporte para reproducción de video, soporte extendido para recursos Texture2D compartidos e intercambio sobre la marcha entre contextos y niveles de características de Direct3D 10 y 11. Direct3D 11.1 incluye el nuevo nivel de característica 11_1, que trae actualizaciones menores al lenguaje de sombreado, como búferes constantes más grandes e instrucciones de doble precisión opcionales, así como modos de fusión mejorados y soporte obligatorio para formatos de color de 16 bits para mejorar el rendimiento de entrada. GPU de nivel como Intel HD Graphics . [86] [88] WARP se ha actualizado para admitir el nivel de función 11_1.
La Actualización de plataforma para Windows 7 incluye un conjunto limitado de características de Direct3D 11.1, aunque los componentes que dependen de WDDM 1.2, como el nivel de característica 11_1 y sus API relacionadas, o el buffer cuádruple para renderizado estereoscópico , no están presentes. [89] [90]
Direct3D 11.2 [91] [92] [93] se envió con Windows 8.1 . [94] [95] Las nuevas funciones de hardware requieren DXGI 1.3 [96] con controladores WDDM 1.3 [97] e incluyen modificación y vinculación del sombreador de tiempo de ejecución, gráfico de vinculación de funciones (FLG), compilador HLSL de bandeja de entrada y opción para anotar comandos de gráficos. [98] Los niveles de características 11_0 y 11_1 introducen soporte opcional para recursos en mosaico con sujeción del nivel de detalle del sombreador (Nivel 2). [99] Esta última característica proporciona efectivamente control sobre las tablas de páginas de hardware presentes en muchas GPU actuales. [100] WARP se actualizó para admitir completamente las nuevas funciones. [94] [101] Sin embargo, no existe el nivel de característica 11_2; las nuevas funciones se distribuyen entre los niveles de funciones existentes. Aquellos que dependen del hardware se pueden comprobar individualmente a través de CheckFeatureSupport. [95] [102] Algunas de las características "nuevas" de Direct3D 11.2 en realidad exponen algunas características de hardware antiguas de una manera más granular; por ejemplo, D3D11_FEATURE_D3D9_SIMPLE_INSTANCING_SUPPORTexpone el soporte parcial para la creación de instancias en hardware de nivel de característica 9_1 y 9_2; de lo contrario, es totalmente compatible desde el nivel de característica 9_3 en adelante. [103]
Direct3D 11.X
Direct3D 11.X es un superconjunto de DirectX 11.2 que se ejecuta en Xbox One . [104] [105] Incluye algunas características, como paquetes de sorteos, que se anunciaron más tarde como parte de DirectX 12. [106]
Direct3D 11.3 [107] se envió en julio de 2015 con Windows 10; Incluye funciones de renderizado menores de Direct3D 12, al tiempo que mantiene la estructura general de la API de Direct3D 11.x. [108] [109] [110] Direct3D 11.3 presenta un valor de referencia de plantilla especificado por sombreador opcional, cargas de vistas de acceso desordenadas con tipo, vistas ordenadas por rasterizador (ROV), Swizzle estándar opcional, mapeo de textura predeterminado opcional, rasterización conservadora (de tres niveles), [111] compatibilidad opcional con acceso a memoria unificada (UMA) y recursos en mosaico adicionales (nivel 2) (recursos en mosaico de volumen). [112]
Direct3D 12 [114] permite un nivel más bajo de abstracción de hardware que versiones anteriores, lo que permite que las aplicaciones futuras mejoren significativamente el escalado multiproceso y disminuyan la utilización de la CPU. Esto se logra haciendo coincidir mejor la capa de abstracción de Direct3D con el hardware subyacente, a través de nuevas características como dibujo indirecto, tablas de descriptores, objetos de estado de canalización concisos y paquetes de llamadas de dibujo. Reducir la sobrecarga del controlador es el principal atractivo de Direct3D 12, de manera similar a Mantle de AMD ; [114] en palabras de su desarrollador principal, Max McMullen, el objetivo principal de Direct3D 12 es lograr "eficiencia a nivel de consola" y un paralelismo de CPU mejorado. [115] [116] [117]
Aunque Nvidia ha anunciado un amplio soporte para Direct3D 12, también se mostraron algo reservados sobre el atractivo universal de la nueva API, señalando que si bien los desarrolladores de motores de juegos pueden estar entusiasmados con la gestión directa de los recursos de la GPU desde el código de su aplicación, "muchos [otros] la gente no estaría feliz de tener que hacer eso. [118]
Algunas características nuevas de hardware también se encuentran en Direct3D 12, [110] [119] [120] incluido Shader Model 5.1, [121] Recursos en mosaico de volumen (Nivel 2), [121] Valor de referencia de plantilla especificado de Shader, carga UAV escrita, rasterización conservadora (Nivel 1), mejor colisión y selección con rasterización conservadora, vistas ordenadas de rasterizador (ROV), Swizzles estándar, mapeo de textura predeterminado, cadenas de intercambio, recursos swizzled y recursos comprimidos , [122] modos de combinación adicionales , [123] combinación programable y eficiente Transparencia independiente del orden (OIT) con UAV ordenado por píxeles. [124]
Los objetos de estado de canalización (PSO) [125] han evolucionado a partir de Direct3D 11, y los nuevos estados de canalización concisos significan que el proceso se ha simplificado. DirectX 11 ofrecía flexibilidad en cuanto a cómo se podían alterar sus estados, en detrimento del rendimiento. Simplificar el proceso y unificar los canales (por ejemplo, estados del sombreador de píxeles) conduce a un proceso más ágil, lo que reduce significativamente los gastos generales y permite que la tarjeta gráfica genere más llamadas para cada cuadro. Una vez creada, la PSO es inmutable. [126]
Las firmas raíz introducen configuraciones para vincular listas de comandos a los recursos requeridos por los sombreadores. Definen el diseño de los recursos que utilizarán los sombreadores y especifican qué recursos estarán vinculados a la canalización. Una lista de comandos de gráficos tiene una firma de raíz de cálculo y de gráficos, mientras que una lista de comandos de cálculo tendrá solo una firma de raíz de cálculo. Estas firmas raíz son completamente independientes entre sí. Si bien la firma raíz establece los tipos de datos que deben utilizar los sombreadores, no define ni asigna la memoria o los datos reales. [127]
Los parámetros raíz son un tipo de entrada en una firma raíz. Los valores reales de los parámetros raíz que se modifican en tiempo de ejecución se denominan argumentos raíz. Estos son los datos que leen los sombreadores. [127]
Direct3D 12 también aprendió de AMD Mantle [ cita necesaria ] en listas de comandos y paquetes, con el objetivo de garantizar que la CPU y la GPU funcionen juntas de una manera más equilibrada.
En Direct3D 11, los comandos se envían desde la CPU a la GPU uno por uno, y la GPU procesa estos comandos de forma secuencial. Esto significa que los comandos se ven obstaculizados por la velocidad a la que la CPU podría enviar estos comandos de forma lineal. Dentro de DirectX 12, estos comandos se envían como listas de comandos y contienen toda la información requerida en un solo paquete. Entonces, la GPU es capaz de calcular y ejecutar este comando en un solo proceso, sin tener que esperar información adicional de la CPU.
Dentro de estas listas de comandos hay paquetes. Mientras que anteriormente la GPU simplemente tomaba, usaba y luego olvidaba los comandos, los paquetes se pueden reutilizar. Esto disminuye la carga de trabajo de la GPU y significa que los activos repetidos se pueden utilizar mucho más rápido.
Si bien la vinculación de recursos es bastante conveniente en Direct3D 11 para los desarrolladores en este momento, su ineficiencia significa que varias capacidades del hardware moderno están siendo drásticamente infrautilizadas. Cuando un motor de juego necesitaba recursos en DX11, tenía que extraer los datos desde cero cada vez, lo que significaba procesos repetidos y usos innecesarios. En Direct3D 12, los montones de descriptores y las tablas significan que los desarrolladores pueden asignar los recursos más utilizados en tablas, a las que la GPU puede acceder rápida y fácilmente. Esto puede contribuir a un mejor rendimiento que Direct3D 11 en hardware equivalente, pero también implica más trabajo para el desarrollador.
Los montones dinámicos también son una característica de Direct3D 12. [128]
Direct3D 12 presenta compatibilidad explícita con múltiples adaptadores, lo que permite el control explícito de múltiples sistemas de configuración de GPU. Estas configuraciones se pueden crear con adaptadores de gráficos del mismo proveedor de hardware o de diferentes proveedores de hardware juntos. [129]
Microsoft lanzó un soporte experimental de D3D 12 para Windows 7 SP1 en 2019 a través de un paquete NuGet dedicado. [130] [131] [132]
Direct3D es un componente del subsistema API de Microsoft DirectX . El objetivo de Direct3D es abstraer la comunicación entre una aplicación de gráficos y los controladores de hardware de gráficos. Se presenta como una fina capa abstracta a un nivel comparable al GDI (ver diagrama adjunto). Direct3D contiene numerosas características de las que carece GDI.
Direct3D es una API de gráficos en modo inmediato . Proporciona una interfaz de bajo nivel para cada función 3D de la tarjeta de vídeo ( transformaciones, recorte, iluminación , materiales , texturas , almacenamiento en búfer de profundidad , etc.). Alguna vez tuvo un componente de modo retenido de nivel superior , ahora oficialmente descontinuado.
El modo inmediato de Direct3D presenta tres abstracciones principales: dispositivos , recursos y cadenas de intercambio (ver diagrama adjunto). Los dispositivos son responsables de renderizar la escena 3D. Proporcionan una interfaz con diferentes capacidades de renderizado. Por ejemplo, el dispositivo mono proporciona reproducción en blanco y negro, mientras que el dispositivo RGB reproduce en color. Hay cuatro tipos de dispositivos:
Cada dispositivo contiene al menos una cadena de intercambio . Una cadena de intercambio se compone de una o más superficies de amortiguación trasera . El renderizado se produce en el buffer posterior .
Además, los dispositivos contienen una colección de recursos ; datos específicos utilizados durante el renderizado. Cada recurso tiene cuatro atributos:
Direct3D implementa dos modos de visualización:
La API de Microsoft Direct3D 11 define un proceso para convertir un grupo de vértices, texturas, búferes y estados en una imagen en la pantalla. Este proceso se describe como un proceso de renderizado con varias etapas distintas. Las diferentes etapas del proceso de Direct3D 11 son: [143]
Las etapas de la tubería ilustradas con una caja redonda son totalmente programables. La aplicación proporciona un programa de sombreado que describe las operaciones exactas que se deben completar en esa etapa. Muchas etapas son opcionales y se pueden desactivar por completo.
En Direct3D 5 a 9, cuando las nuevas versiones de la API introdujeron soporte para nuevas capacidades de hardware, la mayoría de ellas eran opcionales: cada proveedor de gráficos mantuvo su propio conjunto de funciones compatibles además de la funcionalidad básica requerida. La compatibilidad con funciones individuales debía determinarse mediante "bits de capacidad" o "límites", lo que hacía que la programación de gráficos entre proveedores fuera una tarea compleja.
Direct3D 10 introdujo un conjunto mucho más simplificado de requisitos de hardware obligatorios basados en las capacidades más populares de Direct3D 9 que todas las tarjetas gráficas compatibles debían cumplir, con solo unas pocas capacidades opcionales para operaciones y formatos de textura compatibles.
Direct3D 10.1 agregó algunos requisitos de hardware obligatorios nuevos y, para seguir siendo compatible con el hardware y los controladores 10.0, estas características se encapsularon en dos conjuntos llamados "niveles de características", con el nivel 10.1 formando un superconjunto del nivel 10.0. A medida que Direct3D 11.0, 11.1 y 12 agregaron soporte para nuevo hardware, las nuevas capacidades obligatorias se agruparon aún más en niveles de características superiores. [56]
Direct3D 11 también introdujo "10level9", un subconjunto de la API de Direct3D 10 con tres niveles de funciones que encapsulan varias tarjetas Direct3D 9 con controladores WDDM , y Direct3D 11.1 reintrodujo algunas funciones opcionales para todos los niveles, [155] que se ampliaron en Direct3D. 11.2 y versiones posteriores.
Este enfoque permite a los desarrolladores unificar el proceso de renderizado y utilizar una única versión de la API tanto en hardware más nuevo como en el más antiguo, aprovechando las mejoras de rendimiento y usabilidad en el tiempo de ejecución más nuevo. [60]
Los nuevos niveles de funciones se introducen con versiones actualizadas de la API y normalmente encapsulan:
Cada nivel superior es un superconjunto estricto de un nivel inferior, con solo unas pocas características nuevas o previamente opcionales que pasan a la funcionalidad principal de un nivel superior. [67] Las funciones más avanzadas en una revisión importante de la API de Direct3D, como nuevos modelos de sombreado y etapas de renderizado, solo se exponen en hardware de nivel superior. [65] [66]
Existen capacidades separadas para indicar soporte para operaciones de textura y formatos de recursos específicos; estos se especifican para cada formato de textura utilizando una combinación de indicadores de capacidad. [156] [157]
Los niveles de funciones utilizan un guión bajo como delimitador (es decir, "12_1"), mientras que las versiones API/en tiempo de ejecución utilizan un punto (es decir, "Direct3D 11.4").
En Direct3D 11.4 para Windows 10, hay nueve niveles de funciones proporcionados por D3D_FEATURE_LEVELestructura; Los niveles 9_1, 9_2 y 9_3 (conocidos colectivamente como Direct3D 10 Nivel 9 ) vuelven a encapsular varias características de las tarjetas Direct3D 9 populares, los niveles 10_0, 10_1 se refieren a las respectivas versiones heredadas de Direct3D 10, [65] 11_0 y 11_1 reflejan la característica introducida con API y tiempos de ejecución de Direct3D 11 y Direct3D 11.1, mientras que los niveles 12_0 y 12_1 corresponden a los nuevos niveles de funciones introducidos con la API de Direct3D 12.
Direct3D 12 para Windows 10 requiere hardware de gráficos que cumpla con los niveles de características 11_0 y 11_1 que admiten traducciones de direcciones de memoria virtual y requiere controladores WDDM 2.0. Hay dos niveles de funciones nuevas, 12_0 y 12_1, que incluyen algunas funciones nuevas expuestas por Direct3D 12 que son opcionales en los niveles 11_0 y 11_1. [158] Algunas características previamente opcionales se realinean como línea de base en los niveles 11_0 y 11_1. Shader Model 6.0 se lanzó con Windows 10 Creators Update y requiere la actualización de aniversario de Windows 10 y los controladores WDDM 2.1.
Direct3D 12 presenta un modelo de enlace de recursos renovado que permite el control explícito de la memoria. Los objetos abstractos de "vista de recursos" [160] ahora se representan con descriptores de recursos, que se asignan mediante tablas y montones de memoria. [161] Los niveles de enlace de recursos definen el número máximo de recursos que se pueden abordar mediante CBV (vista de búfer constante), SRV (vista de recursos de sombreado) y UAV (vista de acceso desordenado), así como unidades de muestra de textura. El hardware de nivel 3 permite recursos completamente ilimitados solo restringidos por el tamaño del montón de descriptores, mientras que el hardware de nivel 1 y 2 imponen algunos límites en la cantidad de descriptores ("vistas") que se pueden usar simultáneamente. [162] [163]
El modelo de controlador WDDM en Windows Vista y versiones posteriores admite una cantidad arbitrariamente grande de contextos de ejecución (o subprocesos) en hardware o software. Windows XP solo admitía el acceso multitarea a Direct3D, donde aplicaciones separadas podían ejecutarse en diferentes ventanas y ser aceleradas por hardware, y el sistema operativo tenía control limitado sobre lo que podía hacer la GPU y el controlador podía cambiar los subprocesos de ejecución arbitrariamente.
La capacidad de ejecutar el tiempo de ejecución en modo multiproceso se introdujo con el tiempo de ejecución de Direct3D 11. Cada contexto de ejecución se presenta con una vista de recursos de la GPU. Los contextos de ejecución están protegidos entre sí; sin embargo, una aplicación maliciosa o mal escrita puede tomar el control de la ejecución en el controlador en modo de usuario y potencialmente podría acceder a datos de otro proceso dentro de la memoria de la GPU mediante el envío de comandos modificados. Aunque está protegida del acceso de otra aplicación, una aplicación bien escrita aún necesita protegerse contra fallas y pérdidas del dispositivo causadas por otras aplicaciones.
El sistema operativo administra los subprocesos por sí mismo, lo que permite que el hardware cambie de un subproceso a otro cuando sea apropiado, y también maneja la administración de memoria y la paginación (a la memoria del sistema y al disco) a través de la administración de memoria integrada del kernel del sistema operativo.
El cambio de contexto más detallado, es decir, la posibilidad de cambiar dos subprocesos de ejecución en el nivel de instrucciones de sombreado en lugar del nivel de comando único o incluso de un lote de comandos, se introdujo en WDDM/DXGI 1.2, que se envió con Windows 8. [ 86] supera un posible problema de programación cuando la aplicación tendría una ejecución muy prolongada de un solo comando/lote de comandos y tendría que ser finalizada por el temporizador de vigilancia del sistema operativo. [164]
WDDM 2.0 y DirectX 12 se han rediseñado para permitir llamadas de sorteo totalmente multiproceso. Esto se logró haciendo que todos los recursos fueran inmutables (es decir, de solo lectura), serializando los estados de representación y usando paquetes de llamadas de sorteo. Esto evita una gestión compleja de recursos en el controlador en modo kernel, haciendo posibles múltiples llamadas reentrantes al controlador en modo usuario a través de contextos de ejecuciones simultáneas proporcionados por subprocesos de representación separados en la misma aplicación.
Direct3D Mobile se deriva de Direct3D pero ocupa menos memoria . Windows CE proporciona soporte para Direct3D Mobile. [165]
Existen las siguientes implementaciones alternativas de la API Direct3D. Son útiles para plataformas que no son Windows y para hardware sin algunas versiones de soporte DX:
Direct3D viene con D3DX, una biblioteca de herramientas diseñada para realizar cálculos matemáticos comunes en vectores , matrices y colores, cálculo de matrices de visualización y proyección , interpolaciones spline y varias tareas más complicadas, como compilar o ensamblar sombreadores utilizados para programación gráfica 3D. , almacenamiento de animación esquelética comprimida y pilas de matrices. Hay varias funciones que proporcionan operaciones complejas sobre mallas 3D , como cálculo del espacio tangente, simplificación de mallas, transferencia de radiancia precalculada , optimización para la eliminación y compatibilidad con caché de vértices, y generadores de mallas de texto 3D. Las funciones 2D incluyen clases para dibujar líneas en el espacio de la pantalla, texto y sistemas de partículas basados en sprites . Las funciones espaciales incluyen varias rutinas de intersección, conversión desde/hacia coordenadas baricéntricas y generadores de cuadros delimitadores /esferas. D3DX se proporciona como una biblioteca de vínculos dinámicos (DLL). D3DX está obsoleto a partir de Windows 8 y no se puede utilizar en aplicaciones de la Tienda Windows. [179]
Algunas características presentes en versiones anteriores de D3DX se eliminaron en Direct3D 11 y ahora se proporcionan como fuentes independientes: [180]
DXUT (también llamado marco de muestra) es una capa creada sobre la API de Direct3D. El marco está diseñado para ayudar al programador a dedicar menos tiempo a tareas mundanas, como crear una ventana, crear un dispositivo, procesar mensajes de Windows y manejar eventos del dispositivo. DXUT se eliminó con Windows SDK 8.0 y ahora se distribuye como fuente a través de CodePlex. [188]
{{cite web}}: CS1 maint: bot: original URL status unknown (link){{cite web}}: CS1 maint: unfit URL (link)La primera y más importante de las nuevas características de Maxwell 2 es la inclusión de compatibilidad total con Direct3D 11.2/11.3.
{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)