多媒體新變革—DirectX 11技術前瞻

　　DirectX（以下簡稱DX）是微軟推出的多媒體API（Application Programming Interface，應用程序接口），它最先源于一款游戲。十多年前，微軟開發了一款名叫《獅子王》的游戲，它在康柏數以萬計預裝Windows操作系統的電腦上臨時更換配置后，就出現了頻繁死機的問題。為了解決這種更換硬件而導致軟件不能使用的問題，微軟在1995年9月推出了一種游戲程序接口，這就是DX 1.0。在經歷了數個版本的鋪墊之后，DX成為了業界主流的API。目前DX 9/10已成為最常用的API，隨著DX 11初露端倪，讓人們看到了DX的新力量。
　　牛刀小試，DX 10.1承前啟后
　　其實IT業界剛剛進入DX 10時代，它是Windows Vista上默認的組件版本，采用了統一著色器架構（顯卡的流處理單元既可進行像素渲染運算，也可進行頂點運算或其他更復雜的運算）、128bit HDR高動態范圍技術等，比DX 9顯卡更有效率，能提供更多游戲中的新視覺特效及更細膩逼真的畫面。
　　DX 10技術的發展持續不斷，自從微軟推出Windows Vista SP1，AMD推出HD3000/4000系列顯卡以來，DX 10顯卡就分成了DX 10（以N卡為代表）和DX 10.1（以A卡為代表）兩個陣營。DX 10.1可以說是在DX 11尚未到來之前承前啟后的API，DX 10.1雖沒有帶來革命性的新特性，但它在DX 10的基礎上做了一些重要的完善、補充和升級，如將原本DX 10中可選特性改為強制特性，將16位浮點紋理過濾升級為32位、支持4× MSAA（多重采樣反鋸齒）等。
　　在著色與紋理方面，DX 10.1將DX 10中的Texture Arrays（紋理陣列）改進為Cube Map Arrays（立體貼圖陣列），將每個128bit頂點著色的數量從16個增加到32個，并改進了每個緩沖的單獨混合渲染性能，增加了可編程反鋸齒模式，讓程序員能夠更快速地實現此方面的編程，讓顯卡能更高效地完成實時動態全局光照渲染及獲得更好的畫面效果。綜合來看，這些新特性對未來游戲具有可應用性，很可能出現在DX 11中。

在DX 11尚未普及前，DX 10.1是游戲獲得更好特效的過渡選擇

更新換代，DX 11技術掃描
　　隨著支持DX 10的顯卡普及，微軟在2008年已多次透露新一代游戲API DX 11的一些內容——它實際上就是DX 10與DX 10.1的后續升級版，除了支持DX 10.1的所有功能外，還會加入一些新的特性和功能。
●順勢而為，SM5.0將現身
　　自從微軟在DX 8中首次推出Shader Model 1.0（著色器1.0，簡稱SM），引入像素著色器（Pixel Shaders，簡稱PS）和頂點著色器（Vertex Shaders，簡稱VS）技術后，SM就成為DX的重要組件。而在DX 10中，微軟進一步推出了統一著色器架構，一舉改變了以前顯卡采用像素著色器和頂點著色器分離的架構，解決了GPU在進行頂點著色時像素著色器單元就閑置，既浪費資源又會造成性能瓶頸的問題。并且，統一著色器架構還可使GPU更加適合處理通用化任務，讓程序員不必再為不同的著色器單元編寫不同的執行代碼，也不需要去顧慮不同著色器之間存在的差異，從而使開發流程得到一定程度上的簡化。
　　微軟雖沒有透露更多Shader Model 5.0的細節，但可以肯定的是，微軟將繼續采用并改良這種架構，并將像素渲染、頂點渲染、幾何渲染的支持都升級到更強大的5.0版本，讓GPU可以同時對頂點、幾何以及像素著色進行處理，而不必等待分別進行，讓資源得以合理分配，保證整個架構高效運行。
●計算著色，更符合通用計算潮流
　　通用計算正成為未來API發展的一種主流趨勢，微軟明確表示不支持開放性的通用并行計算標準OpenCL。微軟準備在DX 11中整合類似的Compute Shader（計算著色）技術來與OpenCL一決雌雄。關于OpenCL技術的詳情，請參見本報2009年第1期D14版文章。
　　Compute Shader包括線程間數據通信、一整套隨機訪問和流式I/O操作基本單元等組件，能加快和簡化圖像和后期處理效果等已有技術，也為DX 11級硬件的新技術做好了準備，對于游戲和應用程序開發有著很重大的意義。
　　從微軟的介紹來看，Compute Shader可以對圖像進行后期處理，然后輸出最終圖像。在Compute Shader的幫助下，程序員可直接將GPU作為并行處理器加以利用。由此，GPU將不僅具有3D渲染能力，也具有其他的運算能力。它可被廣泛應用在圖像和后期處理、光線追蹤與折射、物理計算、人工智能等領域。可以提供更多通用算法、并行處理模型，并提供對不同廠商硬件的全面支持。
●強化渲染，Tessellation發力
　　為了應對游戲或其他3D程序對三角形和多邊形越來越多的需求，微軟在Direct3D（D3D）11中新增了Hull Shader（外殼著色）、Tessellation（鑲嵌化）和Domain Shader（域著色）等三個渲染流程，使渲染管線變得更加豐富和復雜，從而能以更小的代價提供更平滑的表面輪廓和更豐富的動畫，提高不同硬件配置的畫質伸縮性以及各方面的性能。
　　這里我們要重點關注的是Tessellation技術。它最早被用于XBOX360上，后來又被AMD移植到R600之中，并在DX 10.1中獲得了認可。在沒有Tesse
　　llation之前，要想保證人物頭部的真實度，需要很多的三角形來構建此模型，這必將大量占據數據帶寬。而隨著Tessellation技術的應用，讓GPU能夠根據3D模型中已有的頂點，按需求進行插值，將一個多邊形拆分成為多個多邊形（如將一個大的模型分成多個三邊形、四邊形或者六邊形）。并且，這個過程可編程控制，從而能更好地解決效率和效果的矛盾。