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| 開発者 | マイクロソフト |
|---|---|
| 初回リリース | 1996年6月2日 |
| 安定版リリース | 12.0 ベータ 3 / 2015 年 1 月 13 日 |
| オペレーティング·システム | Microsoft Windows、Windows CE、Windows Embedded、Xbox システム ソフトウェア |
| プラットフォーム | x86、ARM |
| タイプ | 3D コンピュータ グラフィックスAPI |
| ライセンス | 独自 |
| Webサイト | learn.microsoft.com/en-us/windows/win32/direct3d |
Direct3D は、 Microsoft Windows用のグラフィックスアプリケーション プログラミング インターフェイス(API)です。DirectXの一部であるDirect3D は、ゲームなど、パフォーマンスが重要となるアプリケーションで3 次元グラフィックスをレンダリングするために使用されます。Direct3D は、グラフィックス カードで使用可能な場合はハードウェア アクセラレーションを使用し、3Dレンダリング パイプライン全体のハードウェア アクセラレーション、または部分的なアクセラレーションのみを可能にします。Direct3D は、Zバッファリング[1]、W バッファリング[2] 、ステンシル バッファリング、空間アンチエイリアシング、アルファ ブレンディング、カラー ブレンディング、ミップマッピング、テクスチャ ブレンディング[3] [4] 、クリッピング、カリング、大気効果、遠近法補正テクスチャ マッピング、プログラム可能なHLSLシェーダー[5] 、および効果を含む、3D グラフィックスハードウェアの高度なグラフィックス機能を公開します。[6]他のDirectXテクノロジとの統合により、Direct3Dはビデオマッピング、2Dオーバーレイプレーンでのハードウェア3Dレンダリング、さらにはスプライトなどの機能を提供できるようになり、インタラクティブメディアタイで2Dおよび3Dグラフィックスを使用できるようになります。
Direct3Dには、 3Dコンピュータグラフィックスレンダリング用のコマンドが多数含まれていますが、バージョン8以降、Direct3DはDirectDrawフレームワークに取って代わり、 2Dグラフィックスのレンダリングも担当しています。[7] Microsoftは、3Dグラフィックスカードで利用できる最新のテクノロジをサポートするために、Direct3Dを継続的に更新するよう努めています。 Direct3Dは、ハードウェアで利用できない機能に対して、完全な頂点ソフトウェアエミュレーションを提供しますが、ピクセルソフトウェアエミュレーションは提供していません。たとえば、Direct3Dを使用してプログラムされたソフトウェアがピクセルシェーダを必要とし、ユーザーのコンピュータのビデオカードがその機能をサポートしていない場合、Direct3Dはそれをエミュレートしませんが、3Dモデルのポリゴンとテクスチャを計算してレンダリングします。ただし、通常は同等のハードウェアと比較すると品質とパフォーマンスが低下します。 APIには、汎用グラフィックスカードをソフトウェアでエミュレートするリファレンスラスタライザ（またはREFデバイス）が含まれていますが、ほとんどのリアルタイム3Dアプリケーションには遅すぎるため、通常はデバッグにのみ使用されます。Direct3D 10.1の完全な機能セットをエミュレートするように設計された新しいリアルタイムソフトウェアラスタライザーであるWARPは、プラットフォームアップデートを含むWindows 7およびWindows Vista Service Pack 2に含まれています。そのパフォーマンスは、マルチコアCPUのローエンド3Dカードと同等であると言われています。[8]
DirectXの一部として、Direct3D はWindows 95以降で使用でき、さまざまなバージョンのXboxコンソール システムのベクター グラフィックスAPI のベースとなっています。いくつかの Windows API をフリー ソフトウェアで再実装したWine互換性レイヤーには、Direct3D の実装が含まれています。
Direct3D の主な競合相手は、Khronos のOpenGLとその後継であるVulkanです。Fahrenheitは、1990 年代に Microsoft とSGIが OpenGL と Direct3D を統合しようとした試みでしたが、最終的には中止されました。
概要
- Direct3D 6.0 –マルチテクスチャリング
- Direct3D 7.0 – ハードウェア変換、クリッピング、ライティング(TCL/T&L)
- Direct3D 8.0 – ピクセルシェーダー1.0/1.1 & 頂点シェーダー 1.0/1.1 [9]
- Direct3D 8.1 – ピクセルシェーダー 1.2/1.3/1.4 [10] [11] [12]
- Direct3D 9.0 – シェーダー モデル 2.0 (ピクセル シェーダー 2.0 および頂点シェーダー 2.0)
- Direct3D 9.0a – シェーダー モデル 2.0a (ピクセル シェーダー 2.0a および頂点シェーダー 2.0a)
- Direct3D 9.0b – ピクセルシェーダー 2.0b
- Direct3D 9.0c – Windows 98 / ME（初期リリース）[13]およびWindows 2000 / XP（全リリース）[14]でサポートされている最後のバージョン。シェーダーモデル3.0（ピクセルシェーダー3.0および頂点シェーダー3.0）
- Direct3D 9.0L – Windows Vistaのみ; Direct3D 9.0c、Shader Model 3.0、Windows Graphics Foundation 1.0、DXVA 1.0、GPGPU
- Direct3D 10.0 – Windows Vista/Windows 7、シェーダー モデル 4.0、Windows Graphics Foundation 2.0、DXVA 2.0
- Direct3D 10.1 – Windows Vista SP1/Windows 7、シェーダー モデル 4.1、Windows Graphics Foundation 2.1、DXVA 2.1
- Direct3D 11.0 – Windows Vista SP2/ Windows 7 ; シェーダー モデル 5.0、テッセレーション、マルチスレッド レンダリング、コンピュート シェーダー、Direct3D 9/10/10.1 を実行するハードウェアおよびソフトウェアによって実装
- Direct3D 11.1 – Windows 8 (Windows 7 SP1 でも部分的にサポート)、立体 3D レンダリング
- Direct3D 11.2 – Windows 8.1 ; タイル化されたリソース
- Direct3D 11.3 – Windows 10
- Direct3D 12.0 – Windows 10、低レベルレンダリング API、シェーダー モデル 5.1 および 6.0
- Direct3D 12.1 – Windows 10; DirectX レイトレーシング
- Direct3D 12.2 – Windows 10; DirectX 12 Ultimate
Direct3D 2.0 および 3.0
1992年、Servan Keondjian、Doug Rabson、Kate Seekingsの3人はRenderMorphicsという会社を設立し、医療用画像処理やCADソフトウェアで使用されるReality Labという3DグラフィックスAPIを開発しました。 [15]この APIには2つのバージョンがリリースされました。 [16] Microsoftは1995年2月にRenderMorphicsを買収し、 Windows 95用の3Dグラフィックスエンジンを実装するためにスタッフを採用しました。[17] Direct3Dの最初のバージョンは、DirectX 2.0（1996年6月2日）とDirectX 3.0（1996年9月26日）で出荷されました。
Direct3D は当初、「即時モード」3D API を実装し、その上に「保持モード」3D API を重ねていました。[18]両方のタイプの API は、Direct3D がリリースされる前に、Reality Lab の 2 番目のリリースで既に提供されていました。[16] DirectDrawなどの他の DirectX API と同様に、両方ともCOMに基づいていました。保持モード API は、あまり採用されなかったシーン グラフAPI でした。ゲーム開発者は、Direct3D の保持モードが提供できるよりもハードウェアの動作を直接制御することを強く求めました。大量に販売された 2 つのゲーム、Lego IslandとLego Rock RaidersだけがDirect3D の保持モードに基づいていたため、Microsoft は DirectX 3.0 以降、保持モード API を更新しませんでした。
DirectX 2.0 および 3.0 では、Direct3D の即時モードでは、Microsoft がハードウェア ベンダーが直接サポートすることを期待していた「実行バッファ」プログラミング モデルが使用されていました。実行バッファは、ハードウェア メモリに割り当てられ、ハードウェアによって解析されて 3D レンダリングを実行することを意図していました。しかし、当時はプログラミングが非常に難しいと考えられていたため、新しい API の採用が妨げられ、Microsoft はゲームやワークステーション アプリケーション用の公式 3D レンダリング API として OpenGL を採用するよう求められました。[19] (OpenGL vs. Direct3D を参照)
Microsoft は、OpenGL をゲーム API として採用するのではなく、OpenGL と競争するだけでなく、3dfxのGlideなどの他の独自 API とより効果的に競争するために、Direct3D の改良を継続することを選択しました。
当初から、即時モードでは、IDirect3DDevice インターフェイスの BeginScene/EndScene メソッドを使用した Talismanのタイル レンダリングもサポートされていました。
Direct3D 4.0
DirectX 4.0ではDirect3Dに実質的な変更は計画されておらず、1996年後半に出荷が予定されていたがキャンセルされた。[20]
Direct3D 5.0
1996 年 12 月、レドモンドのチームが Direct3D Immediate Mode の開発を引き継ぎ、ロンドンを拠点とする RenderMorphics チームは Retained Mode の作業を続けました。レドモンドのチームは、アプリケーションが実行バッファを構築する必要性を排除する DrawPrimitive API を追加し、Direct3D をGlideやOpenGLなどの他の即時モード レンダリング API に近づけました。DrawPrimitive の最初のベータ版は 1997 年 2 月に出荷され、[21]最終バージョンは1997 年 8 月にDirectX 5.0とともに出荷されました。 [22]
DirectX 5.0では、より使いやすい即時モードAPIの導入に加えて、Direct3Dデバイスがグラフィック出力をさまざまなDirectDrawサーフェイスに書き込むことを可能にするSetRenderTargetメソッドが追加されました。[23]
ダイレクト3D 6.0
DirectX 6.0 (1998年8月リリース) では、当時のハードウェアに対応する多数の機能 (マルチテクスチャ[24]やステンシル バッファーなど)が導入されたほか、 x87、SSE、3DNow!向けに最適化されたジオメトリ パイプラインや、プログラミングを簡素化するオプションのテクスチャ管理が導入されました。[25] Direct3D 6.0 には、ライセンス ベンダーに市場投入までの時間を短縮する利点と引き換えに、Microsoft が特定のハードウェア ベンダーから API にライセンス供与された機能のサポートも含まれていました。S3テクスチャ圧縮サポートはそのような機能の 1 つで、API に組み込むために DXTC と名前が変更されました。もう 1 つは、TriTech 独自のバンプ マッピング技術です。Microsoft はこれらの機能を DirectX に組み込み、その後、他のベンダーのハードウェアでこの機能が広く採用されるように、ドライバーがWindows ロゴを取得するための要件に追加しました。
DirectX 6.0のマイナーアップデートは、1999 年 2 月の DirectX 6.1 アップデートで行われました。このリリースでは、初めてDirectMusicサポートが追加されたほか、 Intel Pentium III 3D 拡張機能のサポートが改善されました。[26]
1997年に送られた機密メモ[27]によると、マイクロソフトはDirectX 6.0でTalismanの完全なサポートを発表する予定でしたが、APIは最終的にキャンセルされました（詳細についてはMicrosoft Talismanのページを参照してください）。
Direct3D 7.0
DirectX 7.0 (1999 年 9 月リリース) では、.ddsテクスチャ形式[28]と、変換およびライティング ハードウェア アクセラレーション[29] (Nvidia のGeForce 256を搭載した PC ハードウェアで初めて利用可能)のサポート、およびハードウェア メモリに頂点バッファーを割り当てる機能が導入されました。ハードウェア頂点バッファーは、DirectX の歴史上、OpenGL に対する最初の実質的な改善を表しています。Direct3D 7.0 では、マルチテクスチャ ハードウェアに対する DirectX サポートも強化され、固定機能のマルチテクスチャ パイプライン機能の頂点となっています。強力ではありますが、プログラミングが非常に複雑だったため、グラフィックス ハードウェアのシェーディング機能を公開するには新しいプログラミング モデルが必要でした。Direct3D 7.0 では、DXVA機能も導入されました。
ダイレクト3D8.0
DirectX 8.0 (2000 年 11 月リリース) では、頂点シェーダーとピクセルシェーダーの形でプログラミング機能が導入され、開発者は余分なハードウェア状態を気にせずにコードを記述できるようになりました。[30]シェーダー プログラムの複雑さはタスクの複雑さに依存し、ディスプレイ ドライバーは それらのシェーダーをハードウェアが理解できる命令にコンパイルしました。Direct3D 8.0 とそのプログラム可能なシェーディング機能は、描画が複雑なステート マシンによって制御される OpenGL スタイルの固定機能アーキテクチャからの最初の大きな脱却でした。Direct3D 8.0 では、独立した API であったDirectDraw も削除されました。 [31] [32] Direct3D は、レンダリング結果を表示する関数である Present() など、アプリケーション開発にまだ必要な残りのすべての DirectDraw API 呼び出しを組み込みました。
Direct3D はユーザーフレンドリーであるとは考えられていませんでしたが、DirectX バージョン 8.1 では、多くのユーザビリティ問題が解決されました。Direct3D 8 には、頂点シェーダー、ピクセル シェーダー、フォグ、バンプ マッピング、テクスチャ マッピングなど、多くの強力な 3D グラフィック機能が含まれていました。
ダイレクト3D9
Direct3D 9.0 [33] （2002年12月リリース）では、高レベルシェーダ言語の新しいバージョン[34] [35]が追加され、浮動小数点テクスチャフォーマット、複数のレンダリングターゲット（MRT）[36]、複数要素テクスチャ[37] 、頂点シェーダでのテクスチャルックアップ、ステンシルバッファ技術がサポートされました。 [38]
Direct3D 9Ex
Direct3D 9Ex [39]（以前のバージョンは9.0L（「L」はWindows Vistaのコード名であるLonghornの略））は、Windows Vista、7、8、8.1、10、および11でのみ利用可能な拡張機能であり、Windows VistaのWindowsディスプレイドライバーモデル（WDDM）が提供する利点を使用できるようにし、 Windows Aeroに使用されます。[40] Direct3D 9Exは、DirectX 9クラスのWDDMドライバーと連携して、グラフィックスメモリを仮想化してシステムメモリにページアウトし、グラフィックス操作を中断およびスケジュールし、DirectXサーフェスをプロセス間で共有できるようにします。[41] Direct3D 9Exは、以前はWindows Graphics Foundation（WGF）のバージョン1.0として知られていました。
Direct3D 9Ex の改善 - Win32 アプリ
ダイレクト3D 10
Windows Vistaには、Direct3D API のメジャー アップデートが含まれています。当初は WGF 2.0 (Windows Graphics Foundation 2.0)、その後 DirectX 10、DirectX Next と呼ばれていたDirect3D 10 [42]は、更新されたシェーダー モデル4.0 とシェーダー プログラムのオプションの割り込み機能を備えています。[41]このモデルでは、シェーダーは以前のバージョンと同様に固定ステージで構成されていますが、すべてのステージでほぼ統一されたインターフェイスがサポートされ、テクスチャやシェーダー定数などのリソースに対する統一されたアクセス パラダイムもサポートされています。言語自体も、整数演算、大幅に増加した命令数、C に似た言語構造など、より表現力豊かに拡張されています。以前から利用可能な頂点シェーダー ステージとピクセル シェーダーステージに加えて、API にはジオメトリ シェーダーステージが含まれています。このステージは、1 つの頂点入力と 1 つの頂点出力の古いモデルを破り、シェーダー内からジオメトリを生成できるようにすることで、複雑なジオメトリをグラフィックス ハードウェアだけで生成できるようにしています。
Windows XPおよびそれ以前のバージョンは、DirectX 10.0以降ではサポートされていません。さらに、Direct3D 10では、当初からDirect3Dの一部であった保持モードAPIのサポートが廃止されたため、Windows Vistaは、レンダリングエンジンとして保持モードAPIを使用していた3Dゲームと互換性がなくなりました。[43]
以前のバージョンの API とは異なり、Direct3D 10 では、特定のグラフィックス デバイスでサポートされている機能を示すために「機能ビット」(または「キャップ」) を使用しなくなりました。代わりに、ディスプレイ システムが「Direct3D 10 互換」になるためにサポートする必要があるハードウェア機能の最小標準を定義します。これは、機能チェック コードと特定の機能の有無に基づく特別なケースを削除することでアプリケーション コードを合理化するという目標を掲げた、大きな変更です。
Direct3D 10 ハードウェアはWindows Vistaの最初のリリース後では比較的珍しく、非 Direct3D 10 非対応のグラフィック カードのインストール ベースが膨大だったため、最初の Direct3D 10 対応ゲームでは依然として Direct3D 9 のレンダリング パスが提供されています。このようなタイトルの例としては、 Company of Heroesのように元々 Direct3D 9 用に作成され、リリース後に Direct3D 10 に移植されたゲームや、 Hellgate: LondonやCrysisのように元々 Direct3D 9 用に開発され、開発中に後から Direct3D 10 パスが後から追加されたゲームなどがあります。DirectX 10 SDK は 2007 年 2 月に利用可能になりました。[44]
Direct3D 10.0
Direct3D 10.0レベルのハードウェアは、次の機能をサポートする必要があります: 新しいジオメトリ シェーダー ステージでプリミティブ全体を処理する機能、ストリーム出力ステージを使用してパイプラインで生成された頂点データをメモリに出力する機能、マルチサンプル アルファからカバレッジへのサポート、レンダー ターゲットとしてバインドされなくなった後の深度/ステンシル サーフェスまたはマルチサンプル リソースのリードバック、完全な HLSL 統合 (すべての Direct3D 10 シェーダーは HLSL で記述され、共通シェーダー コアを使用して実装されます)、整数およびビット単位のシェーダー操作、パイプライン状態の 5 つの不変状態オブジェクトへの編成、シェーダー定数の定数バッファーへの編成、レンダー ターゲット、テクスチャ、およびサンプラーの数の増加、シェーダーの長さの制限なし、新しいリソース タイプとリソース フォーマット、[45]レイヤー化されたランタイム/API レイヤー、[46]ジオメトリ シェーダーを使用してプリミティブごとのマテリアルのスワップとセットアップを実行するオプション、ビューを使用したリソース アクセスの一般化の向上、従来のハードウェア機能ビット (キャップ) の削除。
- 固定パイプライン[47]は廃止され、完全にプログラム可能なパイプライン（統合パイプラインアーキテクチャと呼ばれることが多い）が採用され、固定パイプラインをエミュレートするようにプログラムできるようになりました。
- (主に) CPU が状態を効率的に変更できるようにする新しい状態オブジェクト。
- 統合シェーダー モデルは、グラフィックス パイプラインのプログラミング可能性を強化します。整数およびビット単位の計算の命令を追加します。
- 共通シェーダコア[48]は、IEEE準拠の32ビット整数およびビット演算の完全なセットを提供します。これらの演算により、グラフィックスハードウェアで新しいクラスのアルゴリズムが可能になります。例としては、圧縮およびパッキング技術、FFT、ビットフィールドプログラムフロー制御などがあります。
- ジオメトリシェーダ[49] [ 50]はメッシュを形成する隣接する三角形に作用します。
- テクスチャ配列により、CPU の介入なしに GPU でテクスチャをスワップできるようになります。
- 予測レンダリングを使用すると、他の条件に基づいて描画呼び出しを無視できます。これにより、高速オクルージョン カリングが可能になり、オブジェクトが見えない場合や遠すぎて見えない場合に、オブジェクトがレンダリングされなくなります。
- インスタンス化2.0のサポートにより、軍隊や草や木などの類似メッシュの複数のインスタンスを1回の描画呼び出しでレンダリングできるようになり、複数の類似オブジェクトに必要な処理時間が1つのオブジェクトに必要な処理時間に短縮されました。[51]
ダイレクト3D 10.1
Direct3D 10.1 [52]は、Direct3D 10のリリース直後にマイナーアップデートとしてMicrosoftによって発表されました。仕様は2007年11月のDirectX SDKのリリースで確定し、ランタイムは2008年3月中旬から利用可能なWindows Vista SP1に同梱されました。
Direct3D 10.1 では、グラフィックス ベンダー向けに画質基準がさらにいくつか設定され、開発者は画質をより細かく制御できるようになりました。[53] [54]機能には、アンチエイリアシングのより細かい制御 (サンプルごとのシェーディングとサンプル位置のアプリケーション制御によるマルチサンプリングとスーパーサンプリングの両方) や、一部の既存機能の柔軟性の向上 (キューブマップ配列と独立したブレンド モード) などがあります。Direct3D 10.1 レベルのハードウェアは、次の機能をサポートする必要があります。マルチサンプリングは、カバレッジ ベースの透明度を一般化し、マルチパス レンダリングでマルチサンプリングをより効果的に機能するように強化され、カリング動作が改善されました (ゼロ領域の面は自動的にカリングされます)。これはワイヤーフレーム レンダリングにのみ影響します。レンダリング ターゲットごとに独立したブレンド モード、プリミティブ ラスタライズによる新しいサンプル周波数ピクセル シェーダーの実行、パイプライン ステージの帯域幅の増加、色と深度/ステンシルの両方の MSAA サーフェスを CopyResource でソースまたは宛先として使用できるようになりました。MultisampleEnable はライン ラスタライズにのみ影響し (ポイントと三角形は影響を受けません)、ライン描画アルゴリズムを選択するために使用されます。つまり、Direct3D 10 の一部のマルチサンプル ラスタライズはサポートされなくなりました。テクスチャ サンプリング - sample_c および sample_c_lz 命令は Texture2DArrays と TextureCubeArrays の両方で動作するように定義され、Location メンバー (アルファ コンポーネント) を使用して配列インデックスを指定します。TextureCubeArrays のサポート。
- 必須の 32 ビット浮動小数点フィルタリング。
- 浮動小数点規則 – 浮動小数点には IEEE-754 規則を使用しますが、32 ビット浮動小数点演算は、無限に正確な結果の 0.5 ユニット最終桁 (0.5 ULP) 以内の結果を生成するように厳格化されています。これは、加算、減算、乗算に適用されます (乗算の場合は 0.5 ULP、逆数の場合は 1.0 ULP の精度)。
- 形式 – float16 ブレンディングの精度が 0.5 ULP に向上しました。UNORM16/SNORM16/SNORM8 形式でもブレンディングが必要です。
- 特定の 32/64/128 ビットの構造化済み型付きリソースと、同じビット幅の圧縮表現の間でコピーする際の形式変換。
- R32G32B32A32とR32G32B32を除くすべてのレンダリングターゲットに対して4x MSAAの必須サポート。[55]
- シェーダーモデル4.1
Direct3D 10 では Direct3D 10 クラスのハードウェアとドライバー インターフェイスが厳密に必要でしたが、Direct3D 10.1 ランタイムは「機能レベル」の概念を使用して Direct3D 10.0 ハードウェア上で実行できますが、[56] [57] [58]、新しい機能は機能レベル 10_1 を公開する新しいハードウェアでのみサポートされます。
2008 年 6 月時点で入手可能な Direct3D 10.1 ハードウェアは、ATIのRadeon HD 3000 シリーズとRadeon HD 4000 シリーズのみでした。2009 年には、S3 GraphicsのChrome 430/440GT GPUと、 NvidiaのGeForce 200 シリーズの下位モデルもこれに加わりました。2011 年には、IntelチップセットがIntel HD Graphics 2000 (GMA HD)の導入により Direct3D 10.1 のサポートを開始しました。
ダイレクト3D11
Direct3D 11 [59]はWindows 7の一部としてリリースされました。2008年7月22日のGamefest 2008で発表され、 2008年8月26日のNvision 08技術会議でデモが行われました。 [60] [61] Direct3D 11テクニカルプレビューは、2008年11月のDirectX SDKのリリースに含まれています。[62] AMDは、2009年6月3日のComputexで、いくつかのDirectX 11 SDKサンプルを実行して、動作するDirectX11ハードウェアをプレビューしました。[63]
Direct3D 11 ランタイムは、「機能レベル」の概念を使用してDirect3D 9 および 10.x クラスのハードウェアとドライバーで実行でき、Direct3D 10.1 ランタイムで初めて導入された機能を拡張しています。 [56] [64] [65]機能レベルにより、開発者は Direct3D 11 API の下でレンダリング パイプラインを統合し、エントリ レベルのカードでもリソース管理やマルチスレッドの改善などの API の改善を利用できますが、新しいシェーダー モデルやレンダリング ステージなどの高度な機能は上位レベルのハードウェアでのみ公開されます。[64] [66]一般的な DirectX 9.0a カードのさまざまな機能をカプセル化する 3 つの「10 レベル 9」プロファイルがあり、Direct3D 10、10.1、および 11 にはそれぞれ個別の機能レベルがあります。各上位レベルは下位レベルの厳密なスーパーセットです。[67]
テッセレーションは以前はDirect3D 10で検討されていましたが、後に放棄されました。Radeon R600などのGPUは、Direct3D 9/10/10.1 [68] [69] [70]およびOpenGL [71]で使用できるテッセレーションエンジンを備えていますが、Direct3D 11とは互換性がありません（Microsoftによると）。Radeon 8xxx、GeForce 3/4などの古いグラフィックスハードウェアは、別の形式のテッセレーション（RTパッチ、Nパッチ）をサポートしていましたが、これらのテクノロジは実質的に使用されませんでした。そのため、新しいハードウェアではサポートが削除されました。
Microsoft は、順序に依存しない透明性などの他の機能についても示唆しています。これは、Direct3D API では公開されていませんでしたが、Videologic のPowerVRチップ ライン などの初期の Direct3D ハードウェアではほぼ透過的にサポートされていました。
ダイレクト3D 11.0
Direct3D 11.0 の機能には、シェーダー モデル 5.0 のサポート、動的シェーダー リンク、アドレス指定可能なリソース、追加のリソース タイプ、[72]サブルーチン、ジオメトリのインスタンス化、ピクセル シェーダー入力としてのカバレッジ、入力のプログラム可能な補間、新しいテクスチャ圧縮形式 (1 つの新しい LDR 形式と 1 つの新しい HDR 形式)、WDDM プリロードを制限するテクスチャ クランプ、テクスチャ フィルタリングで 8 ビットのサブテクセルとサブミップ精度を必要とする、16K テクスチャ制限、Gather4 (マルチコンポーネント テクスチャのサポート、プログラム可能なオフセットのサポート)、DrawIndirect、保守的な oDepth、深度バイアス、[73] [74]アドレス指定可能なストリーム出力、リソースごとのミップマップ クランプ、浮動小数点ビューポート、シェーダー変換命令、マルチスレッドの改善などがあります。
- シェーダーモデル5 [75]
- テッセレーション[76]とテッセレーションシェーダ[77]のサポートにより、実行時に低詳細度のポリゴンモデルから可視ポリゴンの数を増やすことができる。
- マルチスレッドレンダリング- マルチコアCPUの異なるスレッドから同じDirect3Dデバイスオブジェクトにレンダリングする
- コンピュートシェーダー—ストリーム処理や物理アクセラレーションなどの非グラフィカルタスク用のシェーダーパイプラインを公開します。これは、 OpenCL、Nvidia CUDA、 ATI Stream、 HLSL Shader Model 5などが実現するものと精神的に似ています。 [60] [61]
- すべてのレンダーターゲットに対して4x MSAAのサポートが必須であり、R32G32B32A32形式を除くすべてのレンダーターゲット形式に対して8x MSAAのサポートが必須である。[55]
その他の注目すべき機能としては、高品質テクスチャと HDR/アルファ テクスチャをより効率的にパッキングするための 2 つの新しいテクスチャ圧縮アルゴリズムの追加と、テクスチャ キャッシュの増加が挙げられます。
Windows 7はリリース候補版で初めて登場し、初めてリリースされたDirect3D 11のサポートを統合しています。Windows Vistaのプラットフォームアップデートには、フル機能のDirect3D 11ランタイムとDXGI 1.1アップデートのほか、 WARP、Direct2D、DirectWrite、WICなどのWindows 7の関連コンポーネントも含まれています。[78] [79]
ダイレクト3D 11.1
Direct3D 11.1 [80] [81]は、 Windows 8に同梱されているAPIのアップデートです。[82] [83] Windows 8のDirect3DランタイムはDXGI 1.2 [84]を搭載しており、新しいWDDM 1.2 [85]デバイスドライバーが必要です。 [86] Windows 8 Developer Preview用のWindows SDKの暫定バージョンは、2011年9月13日にリリースされました。
新しい API には、シェーダー トレーシングと HLSL コンパイラーの強化、最小精度の HLSL スカラー データ型のサポート、[87]すべてのパイプライン ステージでの UAV (Unordered Access Views)、ターゲットに依存しないラスター化 (TIR)、NO_OVERWRITE による動的バッファーの SRV のマップ オプション、ビデオ リソースのシェーダー処理、レンダリング ターゲットで論理演算を使用するオプション、定数バッファーのサブ範囲をシェーダーにバインドして取得するオプション、シェーダーがアクセスできるよりも大きな定数バッファーを作成するオプション、リソースとリソース ビューを破棄するオプション、新しいコピー オプションでサブリソースを変更するオプション、サンプル数を強制してラスタライザー状態を作成するオプション、リソース ビューのすべてまたは一部をクリアするオプション、セッション 0 プロセスで Direct3D を使用するオプション、機能レベル 9 以上の HLSL でユーザー クリップ プレーンを指定するオプション、機能レベル 9 でのシャドウ バッファーのサポート、ビデオ再生のサポート、共有 Texture2D リソースの拡張サポート、Direct3D 10 間のオンザフライ スワップなどの機能があります。 Direct3D 11.1には、新しい機能レベル11_1が含まれており、定数バッファーの拡大や倍精度命令のオプションなど、シェーダー言語にマイナーアップデートが加えられているほか、ブレンディングモードの改善や16ビットカラーフォーマットの必須サポートなどにより、Intel HD GraphicsなどのエントリーレベルのGPUのパフォーマンスが向上しています。[86] [88] WARPは機能レベル11_1をサポートするように更新されました。
Windows 7のプラットフォームアップデートにはDirect3D 11.1の機能の一部が含まれていますが、WDDM 1.2に依存するコンポーネント（機能レベル11_1や関連API、立体視レンダリング用のクアッドバッファリングなど）は含まれていません。[89] [90]
ダイレクト3D 11.2
Direct3D 11.2 [91] [92] [93]は、 Windows 8.1に同梱されました。[94] [95]新しいハードウェア機能には、 WDDM 1.3 [97]ドライバーを備えた DXGI 1.3 [96]が必要で、ランタイム シェーダーの変更とリンク、関数リンク グラフ (FLG)、インボックスHLSLコンパイラー、グラフィックス コマンドに注釈を付けるオプションが含まれます。[98]機能レベル 11_0 および 11_1 では、シェーダーの詳細レベル クランプ (Tier2) を使用したタイル リソースのオプション サポートが導入されています。[99]後者の機能は、多くの現在の GPU に存在するハードウェアページ テーブルを効果的に制御します。[100] WARP は、新しい機能を完全にサポートするように更新されました。[94] [101]ただし、機能レベル 11_2 はありません。新しい機能は、既存の機能レベルに分散されています。ハードウェアに依存する機能は、を介して個別に確認できます。[95] [102] Direct3D 11.2の「新しい」機能の中には、実際には古いハードウェア機能をより細かく公開しているものもあります。たとえば、機能レベル9_1および9_2のハードウェアでのインスタンス化の部分的なサポートを公開し、機能レベル9_3以降では完全にサポートされます。[103] CheckFeatureSupportD3D11_FEATURE_D3D9_SIMPLE_INSTANCING_SUPPORT
Direct3D 11.X
Direct3D 11.Xは、 Xbox Oneで動作するDirectX 11.2のスーパーセットです。[104] [105]これには、後にDirectX 12の一部として発表されたドローバンドルなどのいくつかの機能が含まれています。[106]
ダイレクト3D 11.3
Direct3D 11.3 [107]は、2015 年 7 月に Windows 10 とともに出荷されました。Direct3D 11.x API の全体的な構造を維持しながら、Direct3D 12 からのマイナーなレンダリング機能が含まれています。[108] [109] [110] Direct3D 11.3 では、オプションのシェーダー指定ステンシル参照値、型指定された順序なしアクセス ビューの読み込み、ラスタライザー順序付きビュー (ROV)、オプションの標準スウィズル、オプションの既定のテクスチャ マッピング、保守的なラスタライゼーション (3 つの層のうち)、[111]オプションの統合メモリ アクセス (UMA)サポート、および追加のタイル リソース (層 2) (ボリューム タイル リソース) が導入されています。[112]
ダイレクト3D 11.4
- Direct3D 11.4 バージョン 1511 – 最初の Direct3D 11.4 は、外部グラフィック アダプターのサポートと DXGI 1.5 を改善した Windows 10 Threshold 2 アップデート (バージョン 1511) で導入されました。[113]
- Direct3D 11.4 バージョン 1607 – Windows 10 Anniversary Update (バージョン 1607) で更新された Direct3D 11.4 には、WDDM 2.1 のサポート、UHDTV HDR10 形式 ( ST 2084 ) のサポート、および UWP アプリケーションの可変リフレッシュ レートのサポートが含まれています。
ダイレクト3D 12
Direct3D 12 [114] は、以前のバージョンよりも低いレベルのハードウェア抽象化を可能にし、将来のアプリケーションでマルチスレッドスケーリングを大幅に改善し、CPU使用率を下げることができます。これは、間接描画、記述子テーブル、簡潔なパイプライン状態オブジェクト、描画呼び出しバンドルなどの新機能を通じて、Direct3D抽象化レイヤーと基盤となるハードウェアをよりよく一致させることによって実現されます。ドライバーのオーバーヘッドを削減することが、AMDのMantleと同様に、Direct3D 12の主な魅力です。[114]主任開発者のMax McMullenの言葉を借りれば、Direct3D 12の主な目標は「コンソールレベルの効率」とCPU並列性の向上を実現することです。[115] [116] [117]
NvidiaはDirect3D 12の幅広いサポートを発表しているが、新しいAPIの普遍的な魅力についてはやや慎重な姿勢を示しており、ゲームエンジン開発者はアプリケーションコードからGPUリソースを直接管理することに熱心かもしれないが、「他の多くの人々は」そうすることに満足していないと指摘している。[118]
Direct3D 12 には、いくつかの新しいハードウェア機能も含まれています。 [110] [119] [120]これには、シェーダー モデル 5.1、[121]ボリューム タイル リソース (Tier 2)、[121]シェーダー指定のステンシル参照値、型指定 UAV ロード、保守的ラスター化 (Tier 1)、保守的ラスター化による衝突とカリングの改善、ラスタライザー順序付けビュー (ROV)、標準スウィズル、既定のテクスチャ マッピング、スワップ チェーン、スウィズル リソースと圧縮リソース、[122]追加のブレンド モード、[123]ピクセル順序付け UAV によるプログラム可能なブレンドと効率的な順序に依存しない透明度(OIT) が含まれます。 [124]
パイプライン状態オブジェクト (PSO) [125]は Direct3D 11 から進化したもので、新しい簡潔なパイプライン状態はプロセスが簡素化されたことを意味します。DirectX 11 では、状態の変更方法に柔軟性がありましたが、パフォーマンスが低下しました。プロセスを簡素化し、パイプライン (ピクセル シェーダー状態など) を統合すると、より合理化されたプロセスが実現し、オーバーヘッドが大幅に削減され、グラフィックス カードがフレームごとにより多くの呼び出しを描画できるようになります。PSO は一度作成されると変更できません。[126]
ルート署名は、シェーダーに必要なリソースにコマンド リストをリンクするための構成を導入します。シェーダーが使用するリソースのレイアウトを定義し、パイプラインにバインドされるリソースを指定します。グラフィックス コマンド リストにはグラフィックスとコンピューティングの両方のルート署名がありますが、コンピューティング コマンド リストにはコンピューティング ルート署名のみがあります。これらのルート署名は互いに完全に独立しています。ルート署名はシェーダーが使用するデータのタイプをレイアウトしますが、実際のメモリやデータを定義またはマップするものではありません。[127]
ルートパラメータはルートシグネチャのエントリの一種です。実行時に変更されるルートパラメータの実際の値はルート引数と呼ばれます。これはシェーダが読み取るデータです。[127]
Direct3D 11 では、コマンドは CPU から GPU に 1 つずつ送信され、GPU はこれらのコマンドを順番に処理します。つまり、コマンドは、CPU がこれらのコマンドを直線的に送信できる速度によってボトルネックになります。DirectX 12 では、これらのコマンドはコマンド リストとして送信され、必要なすべての情報が 1 つのパッケージに含まれています。その後、GPU は、CPU からの追加情報を待つことなく、このコマンドを 1 つのプロセスで計算して実行できます。
これらのコマンド リストにはバンドルが含まれています。以前はコマンドは単に取得され、使用され、その後 GPU によって忘れられていましたが、バンドルは再利用できます。これにより、GPU の作業負荷が軽減され、繰り返し使用されるアセットをより高速に使用できるようになります。
現時点では、Direct3D 11 のリソース バインディングは開発者にとってかなり便利ですが、その非効率性により、いくつかの最新ハードウェア機能が大幅に活用されていません。DX11 では、ゲーム エンジンがリソースを必要とする場合、毎回最初からデータを描画する必要があり、プロセスが繰り返され、不要な使用が発生していました。Direct3D 12 では、記述子ヒープとテーブルにより、最も頻繁に使用されるリソースを開発者がテーブルに割り当てることができ、GPU はこれにすばやく簡単にアクセスできます。これにより、同等のハードウェアで Direct3D 11 よりも優れたパフォーマンスが得られますが、開発者の作業も増えます。
ダイナミックヒープもDirect3D 12の機能です。[128]
Direct3D 12は明示的なマルチアダプタサポートを備えており、複数のGPU構成システムを明示的に制御できます。このような構成は、同じハードウェアベンダーのグラフィックスアダプタだけでなく、異なるハードウェアベンダーのグラフィックスアダプタを組み合わせて構築することもできます。[129]
Windows 7 SP1用のD3D 12の実験的なサポートは、専用のNuGetパッケージを通じて2019年にMicrosoftによってリリースされました。[130] [131] [132]
- Direct3D 12 バージョン 1607 – 2016 年 8 月 2 日にリリースされた Windows 10 アニバーサリー アップデート (バージョン 1607) では、Direct3D 12 ランタイムが更新され、明示的なマルチスレッドとプロセス間通信の構造がサポートされるようになり、開発者は最新の超並列 GPU を活用できるようになりました。[133]その他の機能には、更新されたルート署名バージョン 1.1 や、HDR10形式と可変リフレッシュ レートのサポートなどがあります。
- Direct3D 12 バージョン 1703 – 2017 年 4 月 11 日にリリースされた Windows 10 Creators Update (バージョン 1703) では、Direct3D 12 ランタイムが更新され、Shader Model 6.0 とDXIL がサポートされるようになりました。Shader Model 6.0 には、Windows 10 Anniversary Update (バージョン 1607)、WDDM 2.1 が必要です。新しいグラフィック機能は、深度境界テストとプログラム可能な MSAA です。[134]
- Direct3D 12 バージョン 1709 – 2017 年 10 月 17 日にリリースされた Windows 10 Fall Creators Update (バージョン 1709) の Direct3D には、改善されたデバッグ機能が含まれています。[134]
- Direct3D 12 バージョン 1809 – Windows 10 October 2018 Update (バージョン 1809) では、DirectX Raytracingのサポートが導入され、GPU がその API のメリットを享受できるようになります。
- Direct3D 12 バージョン 1903 – Windows 10 2019 年 5 月更新 (バージョン 1903) では、DirectMLとNPUのサポートが導入されました。[135] [136]
- Direct3D 12 バージョン 2004 – Windows 10 May 2020 Update (バージョン 2004) では、 DirectX 12 Ultimate、メッシュおよび増幅シェーダー、[137]サンプラーフィードバック、[138]および DirectX Raytracing Tier 1.1 [139]とメモリ割り当ての改善がサポートされています。[140]
- Direct3D 12 バージョン 21H2 – Windows 10 バージョン 21H2 および Windows 11 バージョン 21H2 では、DirectStorageがサポートされます。
建築
Direct3D は、Microsoft DirectX API サブシステム コンポーネントです。Direct3D の目的は、グラフィックス アプリケーションとグラフィックス ハードウェア ドライバー間の通信を抽象化することです。これは、GDIに匹敵するレベルの薄い抽象レイヤーのように表現されます(添付の図を参照)。Direct3D には、GDI にはない多数の機能が含まれています。
Direct3D は、即時モードのグラフィックス APIです。これは、すべてのビデオ カード 3D 機能 (変換、クリッピング、ライティング、マテリアル、テクスチャ、深度バッファリングなど) に対する低レベルのインターフェイスを提供します。以前は、より高レベルの保持モードコンポーネントがありましたが、現在は正式に廃止されています。
Direct3D の即時モードでは、デバイス、リソース、スワップ チェーンという 3 つの主要な抽象化が提供されます(添付の図を参照)。デバイスは3D シーンのレンダリングを担当します。デバイスは、さまざまなレンダリング機能を備えたインターフェイスを提供します。たとえば、モノラルデバイスは白と黒のレンダリングを提供し、RGBデバイスはカラーでレンダリングします。デバイスには次の 4 つの種類があります。
- HAL (ハードウェア抽象化レイヤー) デバイス: ハードウェア アクセラレーションをサポートするデバイス用。
- 参照デバイス: ハードウェアでまだ利用できない新しい機能をシミュレートします。このデバイス タイプを使用するには、Direct3D SDKをインストールする必要があります。
- Null 参照デバイス: 何も行いません。このデバイスは、SDK がインストールされておらず、参照デバイスが要求されたときに使用されます。
- プラグ可能なソフトウェアデバイス: ソフトウェアレンダリングを実行します。このデバイスはDirectX 9.0で導入されました。[141]
各デバイスには、少なくとも 1 つのスワップ チェーンが含まれています。スワップ チェーンは、1 つ以上のバックバッファーサーフェスで構成されます。レンダリングは、バック バッファーで行われます。
さらに、デバイスには、レンダリング中に使用される特定のデータであるリソースのコレクションが含まれています。各リソースには次の 4 つの属性があります。
- タイプ: リソースのタイプを決定します: サーフェス、ボリューム、テクスチャ、キューブ テクスチャ、ボリューム テクスチャ、サーフェス テクスチャ、インデックス バッファー、または頂点バッファー。
- プール: [142]ランタイムによってリソースがどのように管理され、どこに保存されるかを説明します。デフォルトプールでは、リソースはデバイスメモリ内にのみ存在します。管理対象プールのリソースはシステムメモリに保存され、必要に応じてデバイスに送信されます。システムメモリプールのリソースはシステムメモリ内にのみ存在します。最後に、スクラッチプールは基本的にシステムメモリプールと同じですが、リソースはハードウェアの制限に縛られません。
- 形式: メモリ内のリソース データのレイアウトを記述します。たとえば、D3DFMT_R8G8B8形式の値は、24 ビットの色深度(赤に 8 ビット、緑に 8 ビット、青に 8 ビット) を意味します。
- 使用法:フラグビットのコレクションを使用して、アプリケーションがリソースをどのように使用するかを説明します。これらのフラグは、動的または静的アクセス パターンで使用されるリソースを指定します。静的リソースの値はロード後に変更されませんが、動的リソースの値は変更される可能性があります。
Direct3D は 2 つの表示モードを実装します。
- フルスクリーン モード: Direct3D アプリケーションは、ディスプレイ デバイスのすべてのグラフィック出力を生成します。このモードでは、Direct3D は Alt-Tab を自動的にキャプチャし、プログラマーの介入なしに画面解像度とピクセル形式を設定/復元します。また、このモードでは、「排他的協調モード」により、デバッグに多くの問題が生じます。[引用が必要]
- ウィンドウ モード: 結果はウィンドウの領域内に表示されます。Direct3D はGDIと通信して、ディスプレイにグラフィック出力を生成します。ウィンドウ モードでは、ドライバーのサポートに応じて、フルスクリーンと同じレベルのパフォーマンスを実現できます。
パイプライン
Microsoft Direct3D 11 APIは、頂点、テクスチャ、バッファ、および状態のグループを画面上の画像に変換するプロセスを定義します。このプロセスは、いくつかの異なるステージを持つレンダリングパイプラインとして説明されています。Direct3D 11パイプラインのさまざまなステージは次のとおりです。[143]
- 入力アセンブラ: [144]アプリケーションが提供する頂点バッファから頂点データを読み取り、パイプラインに送ります。
- 頂点シェーダ: [145]変換、スキニング、ライティングなどの操作を一度に1つの頂点に対して実行します。
- ハルシェーダ: [146]パッチ制御点のセットに対して操作を実行し、パッチ定数と呼ばれる追加データを生成します。
- テッセレータ: [147]ジオメトリを細分化して船体の高次表現を作成します。
- ドメインシェーダ: [148]頂点シェーダとほぼ同じ方法で、テッセレーションステージによって出力された頂点に対して操作を実行します。
- ジオメトリシェーダ: [149]三角形、点、線などのプリミティブ全体を処理します。プリミティブが指定されると、このステージではそれを破棄するか、1つ以上の新しいプリミティブを生成します。
- ストリーム出力: [150]前のステージの結果をメモリに書き出すことができます。これは、データをパイプラインに再循環させるのに役立ちます。
- ラスタライザー: [151] [152]プリミティブをピクセルに変換し、これらのピクセルをピクセルシェーダーに送ります。ラスタライザーは、見えない部分をクリッピングしたり、頂点データをピクセル単位のデータに補間するなどの他のタスクも実行する場合があります。
- ピクセルシェーダ: [153]レンダーターゲットに書き込まれる最終的なピクセルカラーを決定し、深度バッファに書き込まれる深度値を計算することもできます。
- 出力マージャー: [154]さまざまな種類の出力データ（ピクセルシェーダー値、アルファブレンディング、深度/ステンシルなど）をマージして最終結果を構築します。
丸いボックスで示されているパイプライン ステージは完全にプログラム可能です。アプリケーションは、そのステージで完了する正確な操作を記述するシェーダー プログラムを提供します。多くのステージはオプションであり、完全に無効にすることができます。
機能レベル
Direct3D 5 から 9 では、API の新しいバージョンで新しいハードウェア機能のサポートが導入されましたが、そのほとんどはオプションでした。つまり、各グラフィックス ベンダーは、基本的な必須機能に加えて、独自のサポート機能セットを維持していました。個々の機能のサポートは、「機能ビット」または「キャップ」を使用して決定する必要があり、ベンダー間のグラフィックス プログラミングは複雑な作業でした。
Direct3D 10 では、サポートされているテクスチャ形式と操作に関するオプション機能がいくつかあるだけで、サポートするすべてのグラフィック カードが準拠する必要のある、最も人気のある Direct3D 9 機能に基づいた、大幅に簡素化された必須ハードウェア要件のセットが導入されました。
Direct3D 10.1 では、いくつかの新しい必須ハードウェア要件が追加され、10.0 のハードウェアおよびドライバーとの互換性を維持するために、これらの機能は「機能レベル」と呼ばれる 2 つのセットにカプセル化され、10.1 レベルは 10.0 レベルのスーパーセットを形成しました。Direct3D 11.0、11.1、および 12 では新しいハードウェアのサポートが追加され、新しい必須機能はさらに上位の機能レベルにグループ化されました。[56]
Direct3D 11では、 WDDM ドライバーを備えたさまざまなDirect3D 9カードをカプセル化する3つの機能レベルを持つDirect3D 10 APIのサブセットである「10level9」も導入され、Direct3D 11.1ではすべてのレベルに対していくつかのオプション機能が再導入され、[155] Direct3D 11.2以降のバージョンで拡張されました。
このアプローチにより、開発者はレンダリングパイプラインを統合し、新しいハードウェアと古いハードウェアの両方で単一のバージョンのAPIを使用できるため、新しいランタイムのパフォーマンスと使いやすさの向上を活用できます。[60]
新しい機能レベルは API の更新バージョンで導入され、通常は次のものをカプセル化します。
- 主要な必須機能 – (Direct3D 11.0、12)
- いくつかのマイナーな機能（Direct3D 10.1、11.1）、または
- 以前はオプションだった機能の共通セット (Direct3D 11.0「10 レベル 9」)。
各上位レベルは下位レベルの厳密なスーパーセットであり、上位レベルのコア機能に移行するのはいくつかの新機能または以前はオプションだった機能のみです。[67]新しいシェーダーモデルやレンダリングステージなど、Direct3D APIのメジャーリビジョンのより高度な機能は、上位レベルのハードウェアでのみ公開されます。[65] [66]
特定のテクスチャ操作とリソース形式のサポートを示すために個別の機能が存在し、これらは機能フラグの組み合わせを使用して各テクスチャ形式ごとに指定されます。[156] [157]
機能レベルでは区切り文字としてアンダースコア (例: "12_1") が使用され、API/ランタイム バージョンではドット (例: "Direct3D 11.4") が使用されます。
Direct3D 11 レベル
Windows 10 用の Direct3D 11.4 では、構造によって提供される 9 つの機能レベルがありますD3D_FEATURE_LEVEL。レベル 9_1、9_2、9_3 (まとめてDirect3D 10 レベル 9と呼ばれます) は、一般的な Direct3D 9 カードのさまざまな機能を再カプセル化します。レベル 10_0、10_1 は、Direct3D 10 のそれぞれの旧バージョンを参照します。[65] 11_0 と 11_1 は、Direct3D 11 および Direct3D 11.1 API とランタイムで導入された機能を反映し、レベル 12_0 と 12_1 は、Direct3D 12 API で導入された新しい機能レベルに対応します。
Direct3D 12 レベル
Windows 10 用の Direct3D 12 には、仮想メモリ アドレス変換をサポートする機能レベル 11_0 および 11_1 に準拠したグラフィックス ハードウェアが必要であり、WDDM 2.0 ドライバーが必要です。新しい機能レベルは 12_0 と 12_1 の 2 つあり、これらにはレベル 11_0 および 11_1 ではオプションである Direct3D 12 によって公開されるいくつかの新機能が含まれています。[158]以前はオプションだった機能の一部は、レベル 11_0 および 11_1 のベースラインとして再調整されています。Shader Model 6.0 は Windows 10 Creators Update でリリースされており、Windows 10 Anniversary Update、WDDM 2.1 ドライバーが必要です。
Direct3D 12 では、メモリを明示的に制御できる改良されたリソース バインディング モデルが導入されています。抽象的な「リソース ビュー」オブジェクト[160]は、メモリ ヒープとテーブルを使用して割り当てられるリソース記述子で表現されるようになりました。[161]リソース バインディング層は、CBV (定数バッファー ビュー)、SRV (シェーダー リソース ビュー)、UAV (順序なしアクセス ビュー)、およびテクスチャ サンプラー ユニットを使用してアドレス指定できるリソースの最大数を定義します。Tier 3 ハードウェアでは、記述子ヒープのサイズによってのみ制限される完全にバインドレスなリソースが許可されますが、Tier 1 および Tier 2 ハードウェアでは、同時に使用できる記述子 (「ビュー」) の数にいくつかの制限が課せられます。[162] [163]
マルチスレッド
Windows Vista 以降の WDDM ドライバー モデルは、ハードウェアまたはソフトウェアで任意の数の実行コンテキスト (またはスレッド) をサポートします。Windows XP では、Direct3D へのマルチタスク アクセスのみがサポートされていました。このアクセスでは、別々のアプリケーションを異なるウィンドウで実行し、ハードウェア アクセラレーションを使用できましたが、OS は GPU が実行できることを制限して制御し、ドライバーは実行スレッドを任意に切り替えることができました。
Direct3D 11 ランタイムでは、ランタイムをマルチスレッド モードで実行する機能が導入されました。各実行コンテキストには、GPU のリソース ビューが表示されます。実行コンテキストは相互に保護されていますが、不正なアプリや不適切に記述されたアプリは、ユーザー モード ドライバーで実行を制御し、変更されたコマンドを送信することで GPU メモリ内の別のプロセスのデータにアクセスする可能性があります。別のアプリによるアクセスから保護されていても、適切に記述されたアプリでも、他のアプリケーションによって引き起こされる障害やデバイスの損失から自身を保護する必要があります。
OS はスレッドをすべて独自に管理し、ハードウェアが適切なときにスレッドを切り替えることを可能にします。また、統合された OS カーネル メモリ管理を介してメモリ管理とページング (システム メモリとディスクへの) も処理します。
より細かいコンテキスト切り替え、つまり、単一コマンドレベルやコマンドのバッチではなく、シェーダー命令レベルで2つの実行スレッドを切り替えることができる機能は、Windows 8に同梱されたWDDM/DXGI 1.2で導入されました。[86]これにより、アプリケーションが単一コマンド/コマンドのバッチを非常に長い時間実行し、OSウォッチドッグタイマーによって終了する必要がある場合の潜在的なスケジュールの問題が克服されます。[164]
WDDM 2.0 と DirectX 12 は、完全にマルチスレッド化された描画呼び出しを可能にするために再設計されました。これは、すべてのリソースを不変 (読み取り専用) にし、レンダリング状態をシリアル化し、描画呼び出しバンドルを使用することで実現されました。これにより、カーネル モード ドライバーでの複雑なリソース管理が回避され、同じアプリケーション内の個別のレンダリング スレッドによって提供される同時実行コンテキストを介して、ユーザー モード ドライバーへの複数の再入呼び出しが可能になります。
Direct3D モバイル
Direct3D MobileはDirect3Dから派生したものですが、メモリ使用量が小さくなっています。Windows CEはDirect3D Mobileをサポートしています。[165]
代替実装
Direct3D API には、次の代替実装があります。これらは、Windows 以外のプラットフォームや、DX の一部のバージョンをサポートしていないハードウェアに役立ちます。
- WineD3D – Wineオープンソースプロジェクトには、 OpenGLへの変換によるDirect3D APIの実装があります。 [166] Wineの実装は、特定の条件下ではWindowsでも実行できます。 [167]
- vkd3d – vkd3dはVulkan上に構築されたオープンソースの3Dグラフィックライブラリであり、Vulkan上でDirect3D 12アプリケーションを実行できます。[168]これは主にWineプロジェクトで使用されており、[169] [170]現在はLinux上のSteamにバンドルされているValveのProtonプロジェクトに含まれています。
- DXVK – Direct3D 9/10/11用のオープンソースのVulkanベースの変換レイヤー。これにより、Wineを使用してLinux上で3Dアプリケーションを実行できます。 [171] [172]これは、Linux用のProton / Steam [173]によって使用されています。DXVKは、Linux上で多数の最新のWindowsゲームを実行できます。
- D9VK – Direct3D 9のサポートを追加するためのDXVKのフォーク。 [174] Linux上のSteam/Protonに含まれています。[175] 2019年12月16日にD9VKはDXVKに統合されました。[176]
- D8VK – LinuxにDirect3D 8のサポートを追加するためのDXVKのフォーク。[177]
- Gallium Nine – Gallium Nineは、Direct3D 9アプリケーションをLinux上でネイティブに実行することを可能にします。つまり、呼び出し変換なしでネイティブに近い速度を実現します。WineとMesaに依存します。[178] [179]
関連ツール
D3DX
Direct3D には、ベクトル、マトリックス、色に対する一般的な数学的計算、ルックアット マトリックスと投影マトリックスの計算、スプライン補間、および 3D グラフィック プログラミングに使用されるシェーダーのコンパイルやアセンブル、圧縮されたスケルタル アニメーションストレージ、マトリックス スタックなどのより複雑なタスクを実行するために設計されたツールのライブラリである D3DX が付属しています。接線空間の計算、メッシュの簡略化、事前計算された放射輝度の転送、頂点キャッシュとの親和性とストリップ化の最適化、3D テキスト メッシュのジェネレーターなど、3Dメッシュに対する複雑な操作を提供する関数がいくつかあります。2D 機能には、スクリーン空間の線、テキストおよびスプライトベースのパーティクル システムを描くためのクラスが含まれます。空間関数には、さまざまな交差ルーチン、重心座標との変換、境界ボックス/球体ジェネレーターが含まれます。D3DX は、ダイナミック リンク ライブラリ(DLL)として提供されます。D3DX は Windows 8 以降では非推奨であり、Windows ストア アプリでは使用できません。[180]
D3DXの以前のバージョンにあったいくつかの機能はDirect3D 11で削除され、現在は別のソースとして提供されています: [181]
- Windows SDKとVisual Studio [182]
- 数学ライブラリの大部分が削除されました。Microsoft では、代わりに DirectX Math ライブラリの使用を推奨しています。
- 球面調和関数の計算は削除され、現在はソースとして配布されています。[183]
- Effectフレームワークは削除され、現在はCodePlex経由でソースとして配布されています。[184]
- Meshインターフェースとジオメトリ関数は削除され、現在はDirectXMeshジオメトリ処理ライブラリのCodePlex経由でソースとして配布されています。[185]
- テクスチャ関数は削除され、現在はDirectXTexテクスチャ処理ライブラリのCodePlex経由でソースとして配布されています。[186]
- 一般的なヘルパーは削除され、現在はDirectX Tool Kit (DirectXTK) プロジェクトのCodePlex経由でソースとして配布されています。[187]
- 等高線テクスチャアトラスは削除され、現在はUVAtlasプロジェクトの下でCodePlex経由でソースとして配布されています。[188]
DXUT
DXUT (サンプル フレームワークとも呼ばれる) は、Direct3D API の上に構築されたレイヤーです。このフレームワークは、ウィンドウの作成、デバイスの作成、Windows メッセージの処理、デバイス イベントの処理などの日常的なタスクに費やす時間をプログラマーが短縮できるように設計されています。DXUT は Windows SDK 8.0 で削除され、現在は CodePlex 経由でソースとして配布されています。[189]
参照
- 3DレンダリングAPIのリスト
- 3D グラフィック ライブラリの一覧
- 高水準シェーダー言語
- シェーダー
- DirectX – Direct3D が実装されている API のコレクション
- ダイレクトドロー
- 3Dコンピュータグラフィックス
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外部リンク
- DirectX ウェブサイト
- MSDN: DirectX グラフィックスとゲーム
- DirectX 10: PC ゲームの未来、DirectX 10 の新機能とそれがコンピュータ ゲームに与える影響について解説した技術記事