Direct3D

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Pipeline

Direct3D ist eine Programmierschnittstelle (API) von Microsoft für 3D-Computergrafik. Direct3D ist ein Bestandteil von DirectX. Das 1992 von Servan Keondjian gegründete Unternehmen RenderMorphic wurde im Jahre 1995 von Microsoft gekauft, um dessen 3D-API Reality Labs zu Direct3D weiterzuentwickeln und 1996 in DirectX 2.0 zu integrieren. Keondjian leitete die Arbeiten und Doug Rabson agierte als Chefentwickler des Microsoft-Teams, das die 3D-API für Windows 95 entwickelte. Nach der Fertigstellung verließen Keondjian und Rabson das Unternehmen.

Direct3D dient dazu, Windows-Anwendungen einen möglichst direkten Zugriff auf die Hardware eines Computers zu geben. Häufig verwendet wird Direct3D vor allem für Computerspiele, bei dem es mit dem plattform- und betriebssystemunabhängigen OpenGL konkurriert. Direct3D verwendet anders als OpenGL ein linkshändiges Koordinatensystem.

Die lange Zeit eigenständige Programmierschnittstelle DirectDraw zur Programmierung von 2D-Computergrafik wurde mit DirectX 8.0 in Direct3D integriert.

Für die Grafikausgabe existiert in Windows neben Direct3D auch das Graphics Device Interface (GDI). Das GDI stellt eine abstrahierte Programmierschnittstelle zur Verfügung, bei der es für den Programmierer etwa wenig Unterschied macht, ob gerade auf einen Bildschirm oder auf einen Drucker gezeichnet wird. Diese Abstraktion macht die Ausgabe selbst allerdings deutlich langsamer, unter anderem deshalb, weil das GDI komplexe Zeichenbefehle aus Grundoperationen nachbilden muss. Im Gegensatz zu Direct3D kommt das GDI daher vorrangig zur Darstellung gewöhnlicher Desktopapplikationen zum Einsatz, die nicht allzu grafik-intensiv sind. Mittlerweile existieren auch weitere Grafikschnittstellen in Windows, wie z. B. GDI+ oder Direct2D.

Mit Direct3D können Anwendungen dagegen an GDI vorbei direkt auf die Hardware zugreifen. Wenn ein Gerät einen komplexeren Befehl nicht unterstützt, so gibt Direct3D lediglich eine Fehlermeldung zurück. Es ist dann Aufgabe der Anwendung, auf diese Fehlermeldung adäquat zu reagieren - etwa durch Nachbildung des Befehls aus Grundoperationen, durch weniger detailgetreue Darstellung oder durch eine Fehlermeldung an den Anwender.

Verschiedene Grafikkarten unterstützen Direct3D durch Gerätetreiber, welche die standardisierten API-Befehle von Direct3D auf die Grafikhardware abbilden. Dabei unterscheidet Direct3D zwischen initialisierenden und ausführenden Befehlen. Initialisierende Befehle konvertieren komplexere Datenstrukturen - wie etwa Texturen - in das grafikkarten-spezifische Format, ausführende Befehle zeigen die derart konvertierten Elemente an. Da das Initialisieren und Konvertieren von Elementen einige Zeit in Anspruch nehmen kann, ist es bei Spielen üblich, dies während des Ladens eines neuen Levels zu tun. Ausführende Befehle sind dagegen auf größtmögliche Geschwindigkeit optimiert.

Moderne Grafikkarten stellen so genannte Hardware-Shader zur Verfügung. Diese Shader sind ausführbare Mini-Programme, welche zum Erzeugen von 3D-Effekten benutzt werden. Für die Programmierung der Shader definierte Microsoft eine eigene Maschinensprache, die von den beiden derzeit führenden Produzenten von Grafikchips, NVIDIA und AMD in ihren Chips überwiegend direkt unterstützt werden. Heutzutage werden aber vorwiegend Hochsprachen wie HLSL oder GLSL zur Shader-Programmierung genutzt. Direct3D erlaubt es, die verfügbaren Shader-Typen (Vertex-Shader, Pixel-Shader und Geometry-Shader) anzusteuern.

Unterstützte Plattformen[Bearbeiten]

Die ersten Versionen von Direct3D wurden für Windows 95 entwickelt. Die derzeit aktuelle Windows-Version von Direct3D ist Version 11.x, diese wird jedoch genauso wie Direct3D 10 nur in Windows Vista und Windows 7, sowie zusätzlich Windows 8 in neueren Unterversionen unterstützt. Die weiterhin verfügbare Version 9.0c unterstützt sowohl die Nachfolger von Windows 95 als auch - mit Windows XP - die NT-Linie.

Die von Microsoft produzierten Spielkonsolen Xbox und Xbox 360 werden ebenfalls mit Varianten von Direct3D programmiert. Neben diesen beiden von Microsoft offiziell unterstützten Plattformen existieren mit Cedega und Wine zwei Implementierungen des Direct3D-APIs für Linux. Auch die Sega Dreamcast war kompatibel zu Direct3D.

Feature levels[Bearbeiten]

Mit Direct3D 10.1 wurde das Konzept der feature levels eingeführt.[1]

9.1 9.2 9.3 10.0 10.1 11.0 11.1
Shader-Modell 2.0 2.0 4.0 (4.0_level_9_3) 4.0 4.x 5.0 5.0
Geometry Shader Nein Nein Nein Ja Ja Ja Ja
Stream Out Nein Nein Nein Ja Ja Ja Ja
DirectCompute / Compute-Shader Nein Nein Nein Teilweise Teilweise Ja Ja
Hull Shader Nein Nein Nein Nein Nein Ja Ja
Domain Shader Nein Nein Nein Nein Nein Ja Ja
Texture Resource Array Nein Nein Nein Ja Ja Ja Ja
Cubemap Resoure Arrays Nein Nein Nein Nein Ja Ja Ja
BC4/BC5-Kompression Nein Nein Nein Ja Ja Ja Ja
BC6H/BC7 Kompression Nein Nein Nein Nein Nein Ja Ja
Alpha to Coverage Nein Nein Nein Ja Ja Ja Ja
Erweiterte Formate Ja Ja Ja Teilweise Teilweise Ja Ja
10-bit pro Farbkanal Nein Nein Nein Teilweise Teilweise Ja Ja
Logische Operationen (Output Merger) Nein Nein Nein Teilweise Teilweise Teilweise Ja
Rasterisierung unabhängig vom Target Nein Nein Nein Nein Nein Nein Ja
Multiple Render Target (MRT) mit ForcedSampleCount 1 Nein Nein Nein Teilweise Teilweise Teilweise Ja
Unordered Access View (UAV)-Slots - - - 1 1 8 64
UAV in jeder Stage Nein Nein Nein Nein Nein Nein Ja
max. ForcedSampleCount beim nur-UAV-Rendern - - - - - 8 16
Constant Buffer Offsets und teilweise Aktualisierungen Ja Ja Ja Teilweise Teilweise Teilweise Ja
Formate mit 16 Bit pro Pixel Teilweise Teilweise Teilweise Teilweise Teilweise Teilweise Ja
max. Texturgröße 2048 2048 4096 8192 8192 16384 16384
max. Cubemapgröße 512 512 4096 8192 8192 16384 16384
max. Volumenausbreitung 256 256 256 2048 2048 2048 2048
max. Texturwiederholungen 128 2048 8192 8192 8192 16384 16384
max. Anisotropie 2 16 16 16 16 16 16
max. Anzahl Primitive 65535 1048575 1048575 2^{32}-1 2^{32}-1 2^{32}-1 2^{32}-1
max. Input Slots 16 16 16 16 32 32 32
Render Targets simultan 1 1 4 8 8 8 8
Occlusion Queries Nein Ja Ja Ja Ja Ja Ja
Separater Alpha-Blend Nein Ja Ja Ja Ja Ja Ja
Mirror Once Nein Ja Ja Ja Ja Ja Ja
Überlappende Vertex-Elemente Nein Ja Ja Ja Ja Ja Ja
Unabhängige Write Masks Nein Nein Ja Ja Ja Ja Ja
Instancing Nein Nein Ja Ja Ja Ja Ja
Texturen, die kein Vielfaches von 2 darstellen Nein Nein Nein Ja Ja Ja Ja
Constant Buffer Nein Nein Nein Ja Ja Ja Ja
max. Anzahl Constant Buffer je Shader - - - 15 15 15 15
max. Anzahl Konstanten im Constant Buffer - - - 4096 4096 4096 4096
Index-Buffer Formate 16-bit 16-bit, 32-bit 16-bit, 32-bit 16-bit, 32-bit 16-bit, 32-bit 16-bit, 32-bit 16-bit, 32-bit

Siehe auch[Bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten]

  • Uli Theuerjahr: Direct3D Real Time Rendering für Computerspiele. DirectX-Programmierung in C++. Roulio Press, Schönberg 2007, ISBN 978-3-00-022340-2.

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Direct3D feature levels. MSDN. Abgerufen am 30. September 2014.
  2. http://www.indiedev.de/wiki/Feature_Level