Directx发展史
DirectX發展史及DirectX10.0
如果說PC用戶不會不認識Windows操作系統的話，那么游戲用戶也不會不知道DirectX的大名。想必大家都還記得1996年時微軟隨紅色警戒、FIFA96等經典游戲一起發行的DirectX3.0吧，當時DirectX是以GameSDK的軟件開發工具包形式出現的。但是誰也沒有想到的時，經過幾年的發展，DirectX竟然成為Windows操作系統極其重要的一部分，也是微軟牽制眾多硬件廠商的致命法寶。DirectX整合了Direct3D接口，使得3DFX苦心經營多年的Glide3D接口灰飛煙滅。微軟在退出OpenGL組織之后，Direct3D也以迅雷不及掩耳之勢成為3D接口的絕對主流。對于顯示芯片廠商和游戲廠商而言，遵循DirectXAPI已經成為默認的一道死命令，而如今我們更是進入了DirectX 10時代。
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1.?????DirectX——硬件廠商的競技舞臺
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在DirectX普及之前，大多數的游戲都是在DOS下開發的，因為DOS可以直接訪問硬件，開發人員幾乎無需考慮各種硬件平臺對游戲的兼容性。但是Windows將很多系統的底層訪問權限都保護起來，一時間，很多開發人員都難以適應。微軟清醒地意識到，如果不能全面打開Windows下的娛樂市場，那么Windows始終取代不了經典的DOS。為此，他們提出了HAL（Hardware Abstraction Layer，硬件提取）和HEL（Hardware Emulation Layer，硬件模擬）兩項標準。
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硬件提取可以讓開發人員在編程時絲毫不用考慮硬件的特性，因為它實現了各種硬件的基本接口，真正做到了硬件平臺無關性。這點是非常重要的，與目前很熱門的 JAVA語言有異曲同工之妙。其實在HAL之前，微軟也曾提倡過GDI和MCI，但是相對而言HAL無疑更加先進，讓人容易接受。HEL的硬件模擬功能讓Windows下的游戲跨上了一個新臺階，因為即使我們沒有3D加速卡，也可以用過模擬的方式來實現偽3D，這可比平淡無奇的2D畫面要好看多了。
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以目前的眼光來看，似乎HAL和DEL都沒什么大不了，但是它們確確實實地幫助DirectX站穩腳跟，為以后的蓬勃發展打下堅實的基礎。當然僅僅有這些還是遠遠不夠的，隨后的DirectX中，微軟更是掌握了硬件廠商的命脈。3DFX的倒下固然有nVIDIA崛起的因素，但是另外一大因素應該是3DFX與微軟的對立。眾所周知，Glide3D是3DFX引以為傲的3D加速接口，當時的確比微軟的Direct3D要先進不少。但是由于3DFX死抱著專利，不肯全面開放，因此引起了微軟強烈的不滿。呵呵，想想Netscape吧，3DFX和他的下場一樣。當時大家都說Lunix性能怎么怎么好，因為Voodoo2在這款操作系統略誦蠶uake3比Windows下快很多。但是大家有沒有想過，這到底是為什么？難道是龐大的Windows還不如Lunix嗎？絕對不是。從3DFX倒閉后狀告Microsoft后，我們才知道，原來微軟在DirectX中對3DFX動了手腳。其實我說這些無非是想讓大家重視DirectX，因為任何游戲相關的硬件廠商要是被微軟拋棄，那么其后果是不堪設想的。
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回顧歷代DirectX API
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DirectX經歷了多個版本，從最早的DirectX到最新的DirectX 10，每一個版本的出現都會導致一大批支持該新版本DirectX的新游戲出現。但是真正讓DirectX開始引人矚目的版本是6.0，這也是3D游戲真正進入發展高峰的時期。
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1.?????DirectX 6.0時代
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當時主要代表顯卡是nVIDIA的Riva TNT系列以及3DFX的Voodoo3系列。DirectX 6.0的特色在于可以渲染出高分辨率下的32位色的3D效果，這也是當時GPU所最為追求的功能。然而堅持采用16位色彩渲染并且排斥AGP總線技術的Voodoo3系列敗下陣來，而nVIDIA一開始就使用先進的AGP總線結構與32位色彩渲染，高規格與新技術奠定新的王朝。
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除了高分辨率渲染，DirectX 6.0的另外一大特色便是支持標準紋理壓縮算法，微軟公司從S3公司（先已經被VIA收購）取得S3TC授權并將其加入DirectX 6.0。對于當時的3D游戲而言，如何提紋理效果是一件很頭疼的事情，因為與之相配套的3D顯卡在性能上無法滿足大量紋理的需求，此時使用壓縮技術自然是一條捷徑
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2.?????DirectX 7.0時代
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DirectX 7.0的發布又一次把顯卡市場進行重新整合，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”，這也成就了nVIDIA GeForce 256與ATI Radeon 256的輝煌，令3DFX徹底退出市場競爭。換句話說，擁有T&L的顯卡，在配合使用DirectX 7.0之后，即使沒有高速的CPU，同樣獲得相對流暢的速度表現。但是，直到今日，部分集成顯卡還是沒有硬件T&L單元，完全依靠CPU來模擬。
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3.?????DirectX 8.0時代
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DirectX 8.0又一次引領了一場顯卡革命，它首次引入了“像素渲染”概念，同時具備頂點渲染引擎Vertex Shader與頂點渲染引擎Pixel Shader，反映在特效上就是動態光影效果。通過Vertex Shader和Pixel Shader的渲染，可以很容易的營造出真實的水面動態波紋光影效果，從而令3D游戲畫面質量得到史無前例的提高。然而DirectX 8.0的普及之路并不順暢，這與巨大的成本壓力有著很大關系。nVIDIA的Geforce3 Ti系列遲遲未能在主流市場普及，而后續升級到DirectX 8.1的Geforce4 Ti4200以及Radeon 8500系列也在成本上差強人意。從2001年年初發布DirectX 8.0開始，這項技術直到2003年年末才得到普及！
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4.?????DirectX 9.0時代
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其主要特色在于提升了Vertex Shader和Pixel Shader的版本，從而展現出更為強大的性能。DirectX 9.0中還包含了NURBS和Displacement Mapping（置換式貼圖）這兩項關鍵的技術。NURBS在3Dmax中是很常見的，但是運用到3D游戲后，我們所看到的畫面將更加接近真實。簡單地說，NURBS就是專門做曲面物體的一種造型方法，可以用它做出各種復雜的曲面造型和表現特殊的效果，如人的皮膚，面貌或流線型的跑車等。而Displacement Mapping技術借助在平面的多邊形上加上一些數據，可以幫材質加上深淺高低的輪廓視覺效果。總體而言，DirectX9.0是對于DirectX 8.1版本的補充，出現這一現象是因為3D顯卡技術的發展滯后于DirectX接口。
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從技術角度來看，DirectX 9.0c相對于DirectX 9.0b還是有著很多的變化，不過Microsoft對于版本提升相當謹慎，因此很多用戶都將DirectX 9.0c稱作為準DirectX 10。在DirectX 9.0c架構中，最終要的改進便是引入3.0版本的Pixel/Vertex Shader，并且支持ATI的3Dc紋理壓縮技術和nVIDIA主導的HDR技術。
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驚人的巨變：解析DirectX 10
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1.?????繼續加強Shader功能
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很多用戶都在抱怨3D游戲中的畫面總是難以呈現出如同電影般的渲染效果，而此時的罪魁禍首不僅僅是顯卡和CPU，本身的渲染方式也是造成低效率的重要原因。在DirectX 10時代，所有的顯卡GPU管線將會被賦予更加完善的Shader功能運算。以我們最近經常看到的ShaderModel 3.0為例，這僅僅在部分場景才能展現出效果，游戲開發商也不敢大量應用。而當Direct X10要求所有的GPU管線加上豐富的Shader功能運算之后，所謂的Shader將不再是顯卡的一些特殊功能，而是一項基本功能，而且貼圖效果也將得到極大的改善。
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毫無疑問，這將令市場上所有遵循DirectX 10 API標準而設計的顯卡甚至集成顯卡有著強大的Shader運算能力。一旦擁有如此強大的“群眾基礎”，游戲開發商也就敢于大量使用這些3D特效。與此同時，微軟還增加的DirectX的可編程語法結構，令各種特效的運用更加簡易實現，這對于提高3D游戲畫面效果將會有巨大的共享。除此以外，Direct X10還支持Shader Model 4.0，意味著它的渲染效果將會進一步提升。事實上，DirectX 10對于畫質方面的其它貢獻也有不少，其中“Geometry Shader”（幾何著色）便是最顯著的一點。通過引入新的渲染模型，開發人員可以利用整體多邊形渲染加速圖形運算，新著色模式將大幅提高很多3D立體作圖功能效率，還將允許GPU獨立于CPU外完成數據循環工作，使系統完全脫離CPU束縛。
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2.?????微軟推行統一渲染架構
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對于微軟這樣的業界巨頭而言，掌握應用接口是頭等大事。當年，并不“聽話”的3DFX在推行Glide3D接口方面一意孤行，接過被微軟所倡導的Direct3D接口徹底取代。即便是強大的OpenGL組織，微軟也可以以退出并力推Direct3D來正面對抗，并且在民用市場取得壓倒性的優勢。而現在，DirectX 10顯然也希望結束DirectX 9時代的尷尬。
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微軟在DirectX 9中引入的了2.0/2.X/3.0三個版本的Vertex Shader（頂點著色引擎）以及Pixel Shader（像素著色引擎）。這看似是技術的推進，其實是微軟在為nVIDIA和ATI兩強搭建競爭舞臺，而且其中的內耗直接導致技術普及速度減緩，并且利用率降低，更令軟件開發商畏首畏尾。而進入DirectX 10時代之后，微軟渴望使用統一渲染架構來引領群雄。
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所謂統一渲染架構，大家可以直觀地理解為將Vertex Shader、Pixel Shader以及DirectX 10所引入的GeometryShader統一封裝。此時，顯卡中的GPU將不會開辟獨立的管線，而是所有的運算單元都可以任意處理任何一種Shader運算。譬如，在《上古卷軸4埋沒》這款游戲中，對于Vertex Shader的要求非常高，而此時大量顯卡的Pixel Shader處于閑置狀態，Vertex Shader又不堪重負。在微軟的統一渲染架構下，既然所有的運算單元都可以處理任何一種運算，那么就能有效避免這種不合理的分配現象。
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可是，統一渲染架構真的要普及還為時尚早。一方面，nVIDIA并不買賬，而ATI也對此不“感冒”。此外，即便是微軟今后強迫普及統一渲染架構，這也需要顯卡GPU廠商進行新的研發。目前主流GPU都已經在兩年前進入研發階段，所以采用統一渲染架構幾乎是不可能的，甚至連DirectX 10的執行效率都無法得到保障。當然，我們并非否認微軟統一渲染架構的技術領先性，而是得客觀承認當前的現狀。
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3.?????理解流水線真正概念：PixelShader+TMU+ROP
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在討論顯卡GPU的流水線之前，我們想先讓大家了解一下3D游戲的制作過程，這對于理解后續的流水線概念將有很大的幫助。事實上，3D游戲初期的開發就好象一部電影：游戲策劃、劇本撰寫、角色圈定等等，在確定主角的造型風格之后，制作廠商將把原畫交給3D建模部門。至此，3D工作正式開始，此時需要處理紋理，后期混合等等，具體的工作內容就是構造頂點、幾何變換（Transform）、光照（Lighting）、設定（Setup）、光柵化（Rasterize）等。
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對于傳統的圖形芯片，以上的一些工作全部由CPU代為執行。到了3D時代，GPU作為圖形處理單元開始承擔更多的工作，因此我們也開始接觸紋理貼圖、像素渲染等概念。然而時至今日，GPU已經發展得更為全面，其所謂的流水線作為一個完全的處理單元而存在，幾乎每一款GPU都內置了多個流水線。
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不過值得指出的是，不同時代對于流水線的定義完全不相同。如今我們對于一條流水線定義是“PixelShader（像素著色器）+TMU（紋理單元）+ROP（光柵化引擎，ATI將其稱為Render Back End）。從功能上簡單的說，Pixel Shader完成像素處理，TMU負責紋理渲染，而ROP則負責像素的最終輸出，因此，一條完整的傳統流水線意味著在一個時鐘周期完成1個Pixel Shader運算，輸出1個紋理和1個像素。以GeForce 6600LE為例，一塊傳統的4流水線構架顯卡（4X1）在一個時鐘周期內完成4個Pixel Shader運算，輸出4個紋理和4個像素。
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在3D游戲工作時，其實Pixel Shader、TMU以及ROP部分都非常重要。讓我們回想一下當年《FIFA98》等老一代3D游戲，當時三角形生成能力是最為看重的，基本沒有應用到紋理貼圖與像素著色，真正的工作部分是被成為頂點生成器的單元，而且也可以由CPU來模擬執行。但是發展到DirectX 6與DirectX 7時期，大量3D游戲開始追求更加豐富真實的表面效果，此時貼圖技術則迅速普及，如何提供強大的紋理填充率成為關鍵。至于DirectX8之后的時代，像素處理則異軍突起并且展現出令人驚艷的畫質。相對而言，ROP的概念比較難理解，這實際上是像素結果輸出處理器負責像素的最終輸出，執行像素讀/寫操作、Z-buffer檢查、色彩混合、抗鋸齒操作等。
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4.?????DirectX 10核心：追求像素渲染
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進入DirectX 9時代以后，PixelShader技術開始應用得十分普遍，此時顯卡能否提供更多的像素渲染管線成為關鍵因素。當然，造成GPU開始追求更多像素渲染管線的因素絕不僅僅是3D游戲普及化應用Pixel Shader，Pixel Shader本身版本的提升也是一個重要原因。單流水線內置一條像素渲染管線在DirectX8游戲橫行的時代是比較合理的，因為DirectX8的Pixel Shader1.3允許的著色器程序比較短，此時單流水線內的多個像素渲染管線無法發揮并行工作的優勢。然而DirectX9時代的Pixel Shader 2.0/3.0則全然不同，更長的著色器程序指令讓多個像素渲染管線有了用武之地。
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當然，我們也并非單純否定TMU紋理填充單元的作用。但是也應該清楚地意識到，隨著紋理壓縮以及Z緩存技術的不斷成熟，再加上顯存帶寬越來越出色，TMU逐漸擺脫了性能瓶頸，此時自然也就無需在單流水線中集成多個TMU單元。而與此同時，ROP也在數量上足以滿足GPU的需求，因此也沒有隨著像素渲染管線數量的遞增而不斷增長。
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按照ATI和nVIDIA對于未來3D游戲技術的預測，今后像素渲染將會越來越得到重用。在2001年剛剛出現具備像素著色器的顯卡時，當時游戲的像素著色器程序中算術指令和紋理指令數量的比例在1:1左右，打這以后，算術指令的數量呈顯著增加之勢。在2007年，游戲中每個像素的平均著色器程序指令數目是30條，算術指令和紋理指令數量平均比率達到了5:1，也就是說現在的像素著色器程序中，平均每5條算術指令才會出現一條貼圖指令，而這樣的算術指令數量急劇增長趨勢仍將繼續保持下去。
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寫在最后：DirectX 10最終受益者是誰？
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DirectX已經成為3D技術競爭的舞臺，任何一項先進的硬件技術都必須在DirectX API的支持下才能發揮威力。從未來的發展趨勢來看，伴隨著DirectX的成熟，3D游戲對于硬件的利用效果將會很快提高，屆時真正的電影級游戲效果或許就真的離我們不遠了。在整個DirectX10時代，其實并沒有哪一個受害方，因為即便是nVIDIA和ATI，不斷的產品更新依然會給他們帶來巨大的利潤，而Microsoft永遠是干著保賺不賠的大買賣，讓Windows Vista的強勢地位更加鞏固。對于消費者而言，DirectX 10時代將會看到更加出色的3D渲染效果，只不過我們又得升級顯卡了。
總結
以上是生活随笔為你收集整理的Directx发展史的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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