DirectX：DirectX概述与历史_2024-07-20_04-53-32.Tex

DirectX：DirectX概述与历史

DirectX简介

DirectX的定义

DirectX是由微软开发的一系列应用程序接口(API)的集合，主要用于处理多媒体任务，特别是游戏编程和视频处理。它包括一系列的组件，每个组件负责不同的多媒体处理任务，如图形渲染、音频处理、输入设备控制等。DirectX最初是为了简化游戏开发而设计的，但随着时间的推移，它已经成为了一个广泛应用于各种多媒体应用的强大工具集。

DirectX的主要组件

Direct3D

Direct3D是DirectX中最著名的组件之一，主要用于3D图形的渲染。它提供了一套接口，允许开发者直接控制硬件图形加速器，从而实现高性能的3D图形渲染。Direct3D支持多种图形硬件，包括GPU，使得开发者可以编写一次代码，然后在不同的硬件上运行。

示例代码

// DirectX代码示例：初始化Direct3D设备
#include 

ID3D11Device* device = nullptr;
ID3D11DeviceContext* deviceContext = nullptr;

D3D_FEATURE_LEVEL featureLevel;
if (D3D11CreateDevice(
    nullptr, // 使用默认的适配器
    D3D_DRIVER_TYPE_HARDWARE, // 使用硬件驱动
    nullptr, // 无软件驱动
    D3D11_CREATE_DEVICE_BGRA_SUPPORT, // 支持BGRA格式
    &featureLevel, // 特性级别
    1, // 特性级别数量
    D3D11_SDK_VERSION, // SDK版本
    &device, // 设备指针
    nullptr, // 特性级别指针，如果不需要可以设为nullptr
    &deviceContext // 设备上下文指针
) != S_OK)
{
    // 初始化失败
}

Direct2D

Direct2D是DirectX中的另一个组件，专注于2D图形的渲染。它提供了高性能的2D矢量图形渲染，特别适合于创建用户界面和2D游戏。

DirectSound

DirectSound用于音频处理，它提供了一种方式来控制音频的播放、混合和处理，使得开发者可以创建复杂的声音效果和音乐。

DirectInput

DirectInput允许开发者直接控制输入设备，如键盘、鼠标和游戏手柄，这对于游戏开发尤其重要，因为它可以提供更精确的输入控制。

DirectX的应用场景

DirectX的应用场景非常广泛，从游戏开发到多媒体应用，再到专业图形和视频处理软件，都可以看到DirectX的身影。以下是一些常见的应用场景：

• 游戏开发：DirectX提供了强大的图形和音频处理能力，使得游戏开发者可以创建高质量的视觉和听觉效果。
• 多媒体应用：DirectX可以用于视频播放、音频处理和图像渲染，使得多媒体应用可以更加流畅和高效。
• 虚拟现实和增强现实：DirectX的图形处理能力对于构建虚拟现实和增强现实应用至关重要，它可以帮助处理复杂的3D场景和实时渲染。
• 专业软件：在专业领域，如建筑设计、工程模拟和医学成像，DirectX的高性能图形处理能力被广泛利用。

DirectX的这些组件和应用场景共同构成了一个强大的多媒体开发平台，使得开发者可以专注于创造内容，而无需深入硬件细节。

DirectX的历史

DirectX的起源与发展

DirectX是由微软公司开发的一系列API(Application Programming Interface)的集合，主要用于处理多媒体，特别是游戏编程和视频处理。DirectX的起源可以追溯到1995年，当时微软为了提升Windows操作系统在游戏领域的竞争力，开始着手开发一套能够提供高性能图形和音频处理的API。最初，DirectX被称为“DirectX GL”，旨在与OpenGL竞争，但后来微软决定将其命名为DirectX，以突出其在Windows平台上的独特性。

关键时刻点

• 1995年：DirectX 1.0发布，主要包含DirectDraw和DirectSound，用于2D图形和音频处理。
• 1996年：DirectX 2.0发布，增加了DirectPlay，用于网络游戏。
• 1997年：DirectX 3.0发布，引入了Direct3D，这是DirectX发展中的一个重大转折点，标志着DirectX开始支持3D图形处理。
• 1999年：DirectX 7.0发布，这是第一个支持DirectInput和DirectMusic的版本，进一步增强了游戏的交互性和音效处理能力。
• 2002年：DirectX 9.0发布，带来了显著的性能提升和新的功能，如Shader Model 2.0，使得DirectX成为当时游戏开发的首选API。
• 2004年：DirectX 10.0发布，这是第一个仅在Windows Vista上运行的版本，引入了统一的渲染管道，简化了开发流程。
• 2009年：DirectX 11.0发布，支持多线程和计算着色器，提高了图形处理的效率。
• 2015年：DirectX 12.0发布，旨在进一步优化多线程性能，减少CPU的负载，提高GPU的利用率。

DirectX的关键版本

DirectX 3.0

DirectX 3.0的发布标志着DirectX开始支持3D图形处理，这是通过引入Direct3D实现的。Direct3D提供了一套用于3D图形渲染的API，包括纹理映射、光照、模型加载等功能。这一版本的DirectX极大地推动了3D游戏的发展，使得游戏开发者能够创建更加复杂和逼真的游戏环境。

DirectX 9.0

DirectX 9.0是DirectX发展史上的一个重要里程碑，它引入了Shader Model 2.0，这是一个用于编程GPU的模型，允许开发者直接控制图形处理的细节，如顶点着色和像素着色。这一版本的DirectX还支持硬件加速的纹理压缩和混合，显著提高了图形性能。

DirectX 12.0

DirectX 12.0是DirectX的最新版本之一，它旨在优化多线程性能，减少CPU在渲染过程中的负载，提高GPU的利用率。DirectX 12通过引入新的API，如Direct3D 12，使得开发者能够更精细地控制硬件资源，从而在多核处理器上实现更高的性能。此外，DirectX 12还支持跨GPU的渲染，允许在多GPU系统中实现负载均衡。

DirectX对游戏行业的影响

DirectX的出现和发展对游戏行业产生了深远的影响。它提供了一套标准化的API，使得游戏开发者能够更容易地在Windows平台上开发游戏，而无需深入了解底层硬件的细节。DirectX的3D图形处理能力，特别是Direct3D，极大地推动了3D游戏的发展，使得游戏画面更加逼真和细腻。此外，DirectX还支持音频处理、网络通信、输入设备控制等功能，为游戏开发者提供了一个全面的开发工具集。

DirectX的多版本支持也使得游戏能够跨多个Windows版本运行，提高了游戏的兼容性和可移植性。DirectX的持续更新和优化，如DirectX 12对多线程性能的优化，使得游戏能够充分利用现代计算机硬件的性能，提供更加流畅和高质量的游戏体验。

示例：使用Direct3D 11创建一个简单的3D场景

// DirectX 11示例代码：创建一个简单的3D场景
#include 
#include 
#include 

using namespace Microsoft::WRL;
using namespace DirectX;

// 初始化Direct3D 11设备和交换链
ComPtr<ID3D11Device> device;
ComPtr<ID3D11DeviceContext> context;
ComPtr<IDXGISwapChain> swapChain;

// 创建窗口和设备
void CreateDeviceAndSwapChain(HWND hWnd)
{
    DXGI_SWAP_CHAIN_DESC sd;
    ZeroMemory(&sd, sizeof(sd));
    sd.BufferCount = 1;
    sd.BufferDesc.Width = 800;
    sd.BufferDesc.Height = 600;
    sd.BufferDesc.Format = DXGI_FORMAT_R8G8B8A8_UNORM;
    sd.BufferDesc.RefreshRate.Numerator = 60;
    sd.BufferDesc.RefreshRate.Denominator = 1;
    sd.BufferUsage = DXGI_USAGE_RENDER_TARGET_OUTPUT;
    sd.OutputWindow = hWnd;
    sd.SampleDesc.Count = 1;
    sd.Windowed = TRUE;

    D3D_FEATURE_LEVEL featureLevel;
    D3D_FEATURE_LEVEL featureLevelSupported;
    D3D11CreateDeviceAndSwapChain(
        NULL,
        D3D_DRIVER_TYPE_HARDWARE,
        NULL,
        NULL,
        &featureLevel,
        1,
        D3D11_SDK_VERSION,
        &sd,
        &swapChain,
        &device,
        &featureLevelSupported,
        &context);
}

// 清除渲染目标
void ClearRenderTarget()
{
    float clearColor[] = { 0.0f, 0.2f, 0.4f, 1.0f };
    ID3D11RenderTargetView *pRenderTargetView;
    device->GetImmediateContext()->OMGetRenderTargets(1, &pRenderTargetView, NULL);
    device->GetImmediateContext()->ClearRenderTargetView(pRenderTargetView, clearColor);
}

// 主循环
void MainLoop()
{
    while (true)
    {
        ClearRenderTarget();
        // 在这里添加3D渲染代码
        swapChain->Present(1, 0);
    }
}

这段代码展示了如何使用Direct3D 11创建一个基本的3D渲染环境。首先，我们通过CreateDeviceAndSwapChain函数初始化Direct3D设备和交换链，设置窗口的大小和格式。然后，ClearRenderTarget函数用于清除渲染目标，设置背景颜色。最后，MainLoop函数是游戏的主循环，其中包含了清除渲染目标和呈现交换链的代码，但具体的3D渲染代码需要根据游戏的需要来添加。

DirectX的这些功能和特性，不仅推动了游戏行业的发展，也促进了多媒体应用和硬件技术的进步，成为Windows平台上多媒体开发的重要基石。

DirectX的架构与组件

Direct3D：图形渲染

Direct3D是DirectX组件中负责图形渲染的核心部分，主要用于3D图形的处理和显示。它提供了丰富的API，允许开发者直接控制硬件图形加速功能，从而实现高性能的图形渲染。Direct3D支持多种图形硬件，包括GPU，能够利用硬件的特性来加速图形处理，如纹理映射、顶点处理、像素着色等。

Direct3D的使用示例

以下是一个使用Direct3D创建一个简单的3D场景的示例代码：

// 包含Direct3D相关的头文件
#include 
#include 
#include 

// 定义主函数
int main()
{
    // 创建Direct3D设备和交换链
    ID3D11Device* device;
    ID3D11DeviceContext* deviceContext;
    IDXGISwapChain* swapChain;

    // 初始化Direct3D设备和交换链
    D3D_FEATURE_LEVEL featureLevel;
    D3D_FEATURE_LEVEL pFeatureLevel;
    D3D11CreateDevice(NULL, D3D_DRIVER_TYPE_HARDWARE, NULL, D3D11_CREATE_DEVICE_BGRA_SUPPORT, &featureLevel, 1, D3D11_SDK_VERSION, &device, &pFeatureLevel, &deviceContext);
    DXGI_SWAP_CHAIN_DESC sd;
    ZeroMemory(&sd, sizeof(sd));
    sd.BufferCount = 1;
    sd.BufferDesc.Width = 800;
    sd.BufferDesc.Height = 600;
    sd.BufferDesc.Format = DXGI_FORMAT_B8G8R8A8_UNORM;
    sd.BufferDesc.RefreshRate.Numerator = 60;
    sd.BufferDesc.RefreshRate.Denominator = 1;
    sd.BufferUsage = DXGI_USAGE_RENDER_TARGET_OUTPUT;
    sd.OutputWindow = NULL;
    sd.SampleDesc.Count = 1;
    sd.SampleDesc.Quality = 0;
    sd.Windowed = TRUE;
    device->CreateSwapChain(NULL, &sd, &swapChain);

    // 创建渲染目标视图
    ID3D11RenderTargetView* renderTargetView;
    ID3D11Texture2D* backBuffer;
    swapChain->GetBuffer(0, __uuidof(ID3D11Texture2D), (LPVOID*)&backBuffer);
    device->CreateRenderTargetView(backBuffer, NULL, &renderTargetView);
    backBuffer->Release();

    // 设置渲染目标视图
    deviceContext->OMSetRenderTargets(1, &renderTargetView, NULL);

    // 清除渲染目标视图
    float clearColor[4];
    clearColor[0] = 0.0f;
    clearColor[1] = 0.0f;
    clearColor[2] = 0.0f;
    clearColor[3] = 1.0f;
    deviceContext->ClearRenderTargetView(renderTargetView, clearColor);

    // 呈现交换链
    swapChain->Present(0, 0);

    // 释放资源
    renderTargetView->Release();
    deviceContext->Release();
    device->Release();
    swapChain->Release();

    return 0;
}

这段代码展示了如何使用Direct3D 11创建一个窗口，并在窗口中渲染一个黑色的背景。它首先创建了一个Direct3D设备和交换链，然后创建了一个渲染目标视图，并将其设置为当前的渲染目标。最后，它清除了渲染目标视图，并将交换链呈现到屏幕上。

DirectInput：输入设备控制

DirectInput是DirectX组件中用于处理输入设备的API，如键盘、鼠标、游戏手柄等。它提供了低级别的输入设备访问，允许开发者直接读取输入设备的状态，而不需要通过操作系统进行中介。DirectInput支持多种输入设备，并且可以处理多个设备同时输入的情况。

DirectInput的使用示例

以下是一个使用DirectInput读取键盘输入的示例代码：

// 包含DirectInput相关的头文件
#include 

// 定义主函数
int main()
{
    // 创建DirectInput对象
    IDirectInput8* input;
    HRESULT hr = DirectInput8Create(GetModuleHandle(NULL), DIRECTINPUT_VERSION, IID_IDirectInput8, (void**)&input, NULL);

    // 创建键盘对象
    IDirectInputDevice8* keyboard;
    hr = input->CreateDevice(GUID_SysKeyboard, &keyboard, NULL);

    // 设置键盘对象的属性
    DIPROPDWORD dipdw;
    dipdw.diph.dwSize = sizeof(dipdw);
    dipdw.diph.dwHeaderSize = sizeof(DIPROPHEADER);
    dipdw.diph.dwObj = 0;
    dipdw.diph.dwHow = DIPH_BYID;
    dipdw.dwData = 1;
    hr = keyboard->SetProperty(DIPROP_BUFFERSIZE, &dipdw.diph);

    // 获取键盘状态
    BYTE keyboardState[256];
    hr = keyboard->GetDeviceState(sizeof(keyboardState), (LPVOID)&keyboardState);

    // 检查键盘状态
    if (keyboardState[DIK_UP])
    {
        // 处理向上键被按下的情况
    }

    // 释放资源
    keyboard->Release();
    input->Release();

    return 0;
}

这段代码展示了如何使用DirectInput读取键盘的状态。它首先创建了一个DirectInput对象，然后创建了一个键盘对象，并设置了键盘对象的属性。最后，它获取了键盘的状态，并检查了向上键是否被按下。

DirectSound：音频处理

DirectSound是DirectX组件中用于处理音频的API，它提供了对音频硬件的直接访问，允许开发者播放、录制和处理音频。DirectSound支持多种音频格式，并且可以处理多个音频流同时播放的情况。

DirectSound的使用示例

以下是一个使用DirectSound播放音频的示例代码：

// 包含DirectSound相关的头文件
#include 

// 定义主函数
int main()
{
    // 创建DirectSound对象
    IDirectSound8* sound;
    HRESULT hr = DirectSoundCreate8(NULL, (LPDIRECTSOUND*)&sound, NULL);

    // 创建主缓冲区
    IDirectSoundBuffer8* primaryBuffer;
    WAVEFORMATEX wfx;
    ZeroMemory(&wfx, sizeof(wfx));
    wfx.wFormatTag = WAVE_FORMAT_PCM;
    wfx.nChannels = 2;
    wfx.nSamplesPerSec = 44100;
    wfx.wBitsPerSample = 16;
    wfx.nBlockAlign = (wfx.nChannels * wfx.wBitsPerSample) / 8;
    wfx.nAvgBytesPerSec = wfx.nSamplesPerSec * wfx.nBlockAlign;
    hr = sound->SetCooperativeLevel(NULL, DSSCL_PRIORITY);
    hr = sound->CreateSoundBuffer(&wfx, &primaryBuffer, NULL);

    // 创建次缓冲区
    IDirectSoundBuffer8* secondaryBuffer;
    hr = sound->CreateSoundBuffer(DSBCAPS_CTRLPAN | DSBCAPS_CTRLVOLUME | DSBCAPS_CTRLFREQUENCY, &secondaryBuffer, NULL);

    // 加载音频数据
    void* data;
    DWORD size;
    hr = secondaryBuffer->Lock(0, sizeof(data), &data, &size, NULL, NULL, 0);
    memcpy(data, audioData, size);
    secondaryBuffer->Unlock(data, size, NULL, 0);

    // 播放音频
    hr = secondaryBuffer->Play(0, 0, DSBPLAY_LOOPING);

    // 释放资源
    secondaryBuffer->Release();
    primaryBuffer->Release();
    sound->Release();

    return 0;
}

这段代码展示了如何使用DirectSound播放音频。它首先创建了一个DirectSound对象，然后创建了一个主缓冲区和一个次缓冲区，并加载了音频数据。最后，它播放了音频，并释放了资源。

DirectPlay：网络通信

DirectPlay是DirectX组件中用于处理网络通信的API，它提供了对网络硬件的直接访问，允许开发者在网络环境中进行游戏开发。DirectPlay支持多种网络协议，如TCP、UDP、IPX等，并且可以处理多个网络连接同时进行的情况。

DirectPlay的使用示例

以下是一个使用DirectPlay创建网络连接的示例代码：

// 包含DirectPlay相关的头文件
#include 
#include 

// 定义主函数
int main()
{
    // 创建DirectPlay对象
    IDirectPlay8* play;
    HRESULT hr = DirectPlay8Create(DP8_VERSION, DP8CAPS_ALL, IID_IDirectPlay8, (void**)&play, NULL);

    // 创建网络连接
    IDirectPlay8Peer* peer;
    hr = play->CreatePeer(&peer, NULL);

    // 设置网络连接的属性
    DPN_CONNECTION_PROPERTIES props;
    ZeroMemory(&props, sizeof(props));
    props.dwSize = sizeof(props);
    props.dwFlags = DPNCF_ADDRESS | DPNCF_SECURITY;
    props.pAddress = &address;
    props.pSecurity = &security;
    hr = peer->SetConnectionProperties(&props);

    // 连接到网络
    hr = peer->Connect(NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, NULL);

    // 释放资源
    peer->Release();
    play->Release();

    return 0;
}

这段代码展示了如何使用DirectPlay创建网络连接。它首先创建了一个DirectPlay对象，然后创建了一个网络连接，并设置了网络连接的属性。最后，它连接到了网络，并释放了资源。

请注意，以上代码示例仅为框架展示，实际使用时需要根据具体情况进行调整，如音频数据的加载、网络地址和安全设置等。

DirectX的最新进展

DirectX 12的特性

DirectX 12, 作为Microsoft DirectX API的最新版本，引入了一系列旨在提高图形性能和效率的特性。与DirectX 11相比，DirectX 12提供了更精细的硬件控制，允许开发者直接访问GPU资源，从而减少CPU的瓶颈，提高多线程性能。

1. 更低的开销

DirectX 12通过减少API和驱动程序的开销，使得游戏和应用能够更高效地利用硬件资源。这主要通过以下方式实现：

• 命令列表(Command Lists)：开发者可以预先记录一系列命令，然后在需要时提交给GPU执行，这样可以减少CPU在渲染过程中的负担。
• 命令队列(Command Queues)：DirectX 12支持多种类型的命令队列，包括直接队列、计算队列、复制队列等，这使得开发者可以更灵活地管理GPU的工作负载。

2. 多线程支持

DirectX 12增强了多线程支持，允许开发者在多个CPU核心上并行处理图形和计算任务。这包括：

• 异步计算(Asynchronous Compute)：可以在GPU上并行执行计算任务，而不会阻塞图形渲染。
• 多线程渲染(Multi-threaded Rendering)：开发者可以使用多个线程来构建命令列表，从而充分利用多核CPU的性能。

3. 显卡资源的精细控制

DirectX 12提供了更精细的资源管理，包括：

• 资源屏障(Resource Barriers)：允许开发者在资源状态之间进行转换，如从渲染目标到纹理采样器，从而避免不必要的性能损失。
• 堆(Heaps)：用于管理GPU内存，包括上传堆、默认堆和读取回堆，每种堆都有其特定的用途和性能特征。

4. DirectX Raytracing的介绍

DirectX Raytracing是DirectX 12的一个重要扩展，它提供了硬件加速的光线追踪功能，用于实现更真实的光照效果和阴影。光线追踪是一种计算密集型技术，它模拟光线在场景中的传播，以计算光照和反射。

特性

• 光线追踪加速结构(Raytracing Acceleration Structures)：用于存储场景的几何信息，以便快速进行光线与场景的交点测试。
• 光线追踪管线(Raytracing Pipeline)：包括光线生成、光线交点测试和光线命中程序，用于处理光线追踪的计算。

示例代码

// 创建光线追踪加速结构
D3D12_RAYTRACING_ACCELERATION_STRUCTURE_PREBUILD_INFO prebuildInfo = {};
device->GetRaytracingAccelerationStructurePrebuildInfo(&desc, &prebuildInfo);

// 分配内存
D3D12_HEAP_PROPERTIES heapProps = CD3DX12_HEAP_PROPERTIES(D3D12_HEAP_TYPE_DEFAULT);
D3D12_RESOURCE_DESC resourceDesc = CD3DX12_RESOURCE_DESC::Buffer(prebuildInfo.ResultDataMaxSizeInBytes);
Microsoft::WRL::ComPtr<ID3D12Resource> raytracingAS;
device->CreateCommittedResource(&heapProps, D3D12_HEAP_FLAG_NONE, &resourceDesc, D3D12_RESOURCE_STATE_RAYTRACING_ACCELERATION_STRUCTURE, nullptr, IID_PPV_ARGS(&raytracingAS));

// 构建加速结构
D3D12_BUILD_RAYTRACING_ACCELERATION_STRUCTURE_DESC buildDesc = {};
buildDesc.DestAccelerationStructureData = raytracingAS->GetGPUVirtualAddress();
buildDesc.Inputs = &desc;
buildDesc.ScratchAccelerationData = scratchAS->GetGPUVirtualAddress();
buildRaytracingASCommandList->BuildRaytracingAccelerationStructure(&buildDesc, 0, nullptr);

DirectX与Windows操作系统的集成

DirectX 12与Windows操作系统深度集成，利用了现代硬件的特性，如：

• DirectX 12 Ultimate：这是DirectX 12的一个更新版本，它包含了对最新硬件特性的支持，如硬件加速的光线追踪、可变速率着色(VRS)和Mesh Shaders。
• Windows 10/11：DirectX 12是Windows 10和Windows 11的一部分，这意味着开发者可以利用这些API来创建跨平台的应用和游戏，而无需额外的兼容性层。

集成优势

• 硬件抽象：DirectX 12提供了对底层硬件的抽象，使得开发者可以编写一次代码，然后在不同的硬件上运行，而无需修改。
• 性能优化：通过与操作系统的紧密集成，DirectX 12可以利用最新的硬件特性，如多线程和低延迟输入，来优化性能。

示例代码

// 初始化DirectX 12设备
IDXGIFactory4* factory;
CreateDXGIFactory2(0, IID_PPV_ARGS(&factory));

// 获取适应的适配器
DXGI_ADAPTER_DESC1 adapterDesc;
for (UINT adapter = 0; DXGI_ERROR_NOT_FOUND != factory->EnumAdapters1(adapter, &adapter); ++adapter)
{
    if (SUCCEEDED(factory->EnumAdapters1(adapter, &adapter)))
    {
        if (SUCCEEDED(adapter->GetDesc1(&adapterDesc)))
        {
            if (adapterDesc.Flags & DXGI_ADAPTER_FLAG_SOFTWARE)
            {
                // 跳过软件适配器
                continue;
            }

            // 创建设备
            D3D_FEATURE_LEVEL featureLevel;
            if (SUCCEEDED(D3D12CreateDevice(adapter, D3D_FEATURE_LEVEL_12_1, IID_PPV_ARGS(&device))))
            {
                // 设备创建成功
                break;
            }
        }
    }
}

// 释放工厂
factory->Release();

这段代码展示了如何在Windows操作系统中初始化DirectX 12设备，通过枚举适配器并检查其描述，可以找到合适的硬件适配器来创建DirectX 12设备。这一步是DirectX 12与Windows操作系统集成的关键部分，确保了应用可以充分利用硬件的图形处理能力。

---

以上内容详细介绍了DirectX 12的最新进展，包括其特性、光线追踪的介绍以及与Windows操作系统的集成方式。通过这些信息，开发者可以更好地理解DirectX 12如何帮助他们创建高性能的图形应用和游戏。

DirectX的未来展望

DirectX的未来发展方向

DirectX, 作为微软的一项关键图形和多媒体技术, 其未来的发展方向紧密围绕着游戏和多媒体应用的最新趋势。随着硬件技术的不断进步和软件需求的日益复杂, DirectX 的更新将着重于以下几个方面:

1. 性能优化: DirectX 将持续优化其性能, 以适应更高分辨率、更复杂图形效果的游戏和应用。例如, DirectX 12 Ultimate 引入了 DirectX Raytracing (DXR) 1.1, 为实时光线追踪提供了更高效的支持。

2. 跨平台兼容性: 为了满足开发者和用户的需求, DirectX 将增强其跨平台能力, 尽管主要针对 Windows 平台, 但会考虑与 Xbox 和其他设备的更紧密集成。

3. 虚拟现实和增强现实支持: DirectX 将进一步加强在 VR 和 AR 领域的应用, 提供更稳定、更高效的渲染和交互体验。

4. 云游戏服务的结合: 随着云游戏的兴起, DirectX 将探索与云服务的深度结合, 以提供流畅的远程游戏体验。

DirectX在虚拟现实和增强现实中的应用

DirectX 在 VR 和 AR 领域的应用主要体现在其对高性能图形渲染的支持上。通过 DirectX, 开发者可以创建沉浸式、高分辨率的虚拟环境, 同时确保低延迟和高帧率, 以减少用户在 VR 和 AR 中的不适感。

示例: DirectX 与 VR 游戏

假设我们正在开发一款 VR 游戏, 需要渲染一个复杂的虚拟世界。使用 DirectX, 我们可以利用其高级图形功能, 如纹理映射、光照和阴影效果, 以及物理模拟, 来创建一个逼真的游戏环境。

// DirectX VR 游戏开发示例
#include 
#include 
#include 

// 初始化 DirectX 12 设备
IDXGIFactory4* factory = nullptr;
CreateDXGIFactory2(IID_PPV_ARGS(&factory));

// 获取 HolographicSpace 对象, 用于 VR 渲染
winrt::Windows::Graphics::Holographic::HolographicSpace space = winrt::Windows::Graphics::Holographic::HolographicSpace::GetDefault();

// 创建设备和命令队列
IDXGIAdapter* adapter = nullptr;
factory->EnumAdapterByGpuPreference(0, DXGI_GPU_PREFERENCE_HIGH_PERFORMANCE, IID_PPV_ARGS(&adapter));
ID3D12Device* device = nullptr;
D3D12CreateDevice(adapter, D3D_FEATURE_LEVEL_12_1, IID_PPV_ARGS(&device));

// 创建命令队列
ID3D12CommandQueue* commandQueue = nullptr;
D3D12_COMMAND_QUEUE_DESC queueDesc = {};
queueDesc.Flags = D3D12_COMMAND_QUEUE_FLAG_NONE;
queueDesc.Type = D3D12_COMMAND_LIST_TYPE_DIRECT;
device->CreateCommandQueue(&queueDesc, IID_PPV_ARGS(&commandQueue));

// 渲染循环
while (true) {
    // 获取 HolographicFrame
    winrt::Windows::Graphics::Holographic::HolographicFrame frame = space.GetNextFrame();

    // 更新游戏状态和渲染逻辑
    UpdateGameLogic();
    RenderScene(commandQueue);

    // 提交渲染命令并呈现到 VR 头显
    commandQueue->Signal(fence, ++currentFenceValue);
    frame.Close();
}

在上述示例中, 我们使用 DirectX 12 和 HolographicSpace API 来创建和渲染 VR 游戏。通过 HolographicSpace::GetDefault() 获取默认的 VR 空间, 然后创建 DirectX 设备和命令队列, 用于执行渲染命令。在渲染循环中, 我们获取每个帧的 HolographicFrame, 更新游戏状态, 渲染场景, 并将结果呈现到 VR 头显上。

DirectX与云游戏服务的结合

DirectX 与云游戏服务的结合, 主要体现在其对远程渲染的支持上。通过在云服务器上运行 DirectX 游戏, 并将渲染结果流式传输到用户设备, 可以实现无需高性能硬件即可享受高质量游戏体验的目标。

示例: DirectX 云游戏服务

在云游戏服务中, DirectX 被用于服务器端的图形渲染, 而客户端则负责接收和显示这些渲染结果。以下是一个简化的示例, 展示了如何在服务器端使用 DirectX 12 进行渲染, 并将结果通过网络传输到客户端。

// 服务器端 DirectX 12 渲染示例
#include 
#include 

// 初始化 DirectX 12 设备
ID3D12Device* device = nullptr;
D3D12CreateDevice(adapter, D3D_FEATURE_LEVEL_12_1, IID_PPV_ARGS(&device));

// 创建命令队列
ID3D12CommandQueue* commandQueue = nullptr;
D3D12_COMMAND_QUEUE_DESC queueDesc = {};
queueDesc.Flags = D3D12_COMMAND_QUEUE_FLAG_NONE;
queueDesc.Type = D3D12_COMMAND_LIST_TYPE_DIRECT;
device->CreateCommandQueue(&queueDesc, IID_PPV_ARGS(&commandQueue));

// 创建交换链和渲染目标视图
IDXGISwapChain3* swapChain = nullptr;
D3D12_DESCRIPTOR_HEAP_DESC rtvHeapDesc = {};
rtvHeapDesc.Type = D3D12_DESCRIPTOR_HEAP_TYPE_RTV;
rtvHeapDesc.NumDescriptors = 2;
rtvHeapDesc.Flags = D3D12_DESCRIPTOR_HEAP_FLAG_NONE;
ID3D12DescriptorHeap* rtvHeap = nullptr;
device->CreateDescriptorHeap(&rtvHeapDesc, IID_PPV_ARGS(&rtvHeap));
D3D12_CPU_DESCRIPTOR_HANDLE rtvHandle = rtvHeap->GetCPUDescriptorHandleForHeapStart();
device->CreateRenderTargetView(swapChain->GetBuffer(0), nullptr, rtvHandle);

// 渲染循环
while (true) {
    // 清除渲染目标
    commandList->ClearRenderTargetView(rtvHandle, DirectXColors::White, 0, nullptr);

    // 更新游戏状态和渲染逻辑
    UpdateGameLogic();
    RenderScene(commandList);

    // 提交渲染命令
    commandQueue->ExecuteCommandLists(1, &commandList);

    // 将渲染结果发送到客户端
    SendRenderResultToClient(rtvHandle);
}

在服务器端, 我们初始化 DirectX 12 设备和命令队列, 创建交换链和渲染目标视图。在渲染循环中, 我们清除渲染目标, 更新游戏状态, 渲染场景, 并将结果发送到客户端。客户端则负责接收这些数据, 并将其显示在用户的屏幕上。

通过这种方式, DirectX 与云游戏服务的结合, 使得用户可以在任何设备上享受高质量的游戏体验, 而无需担心硬件限制。

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以上示例和描述展示了 DirectX 在未来发展方向上的技术细节, 以及在 VR/AR 和云游戏服务中的具体应用。随着技术的不断进步, DirectX 将继续为游戏和多媒体应用提供强大的支持。