DirectX

Ctime: 2026-05-23  |  Mtime: 2026-06-24  |  Author: ljf12825

概述

DirectX 是 Microsoft 开发的一套多媒体和游戏开发API
在没有DirectX之前（比如DOS时代），游戏开发者如果想让游戏支持某款显卡或声卡，必须针对该硬件型号编写专门的代码。而DirectX的出现，在游戏/应用程序与底层硬件之间搭建了一座标准的“桥梁”。开发者只需要针对DirectX接口编写代码，而硬件厂商负责提供支持DirectX的驱动程序，这极大地简化了PC游戏的开发工作

DirectX并不是一个单一的接口，而是一个组件包，它包含了处理不同多媒体任务的多个子模块

ComponentDescription
Direct3D(D3D)Real-time 3D rendering API
DXGIEnumerates adapters and monitors and manages swap chains for Direct3D 10 and later
Direct2D2D graphics API
DirectWriteText rendering API
XInputFor Xbox 360 controllers
DirectX Diagnostics(DxDiag)A tool for diagnosiing and generating reports on components related to DirectX, such as audio, video, and input drivers
XACT3High-level audio API
XAudio2Low-level audio API
DirectX Raytracing(DXR)Real-time raytracing API
DirectStorageGPU-oriented file I/O API
DirectMLGPU-accelerated machine learning and artificial intelligence API
DirectSRGPU-accelerated resolution upscaling API
Media FoundationDirectX Video Acceleration for accelerated video playback
DirectComputeAPI for general-purpose computing on graphics processing units

Deprecated Component

  • DirectX Media: Consists of:
    • DirectAnimation for 2D/3D web animation, DirectShow for multimedia playback and streaming media
    • DirectX Media Objects: Support for streaming objects such as encoders, decoders, and effects(Deprecated in favor of Media Foundation Transforms; MFTs)
    • DirectX Transform for web interactivity, and Direct3D Retained Mode for higher level 3D graphics
    • DirectX plugins for audio signal processing
  • DirectDraw: 2D graphics API(Deprecated in favor of Direct2D)
  • DirectInput: Input API for interfacing with keyboards, mice, joysticks, and game controllers(Deprecated after version 8 in favor of XInput for Xbox 360 controllers or standard WM_INPUT window message processing for keyboard and mouse input)
  • DirectPlay: Network API for communication over a local-area or wide-area network(Deprecated after version 8 in favor of Games for Windows Live and Xbox Live)
  • DirectSound: Audio API(Deprecated since DirectX 8 in favor of XAudio2 and XACT3)
  • DirectSound3D(DS3D): 3D sounds API
  • DirectMusic: Components for playing soundtracks authored in DirectMusic Producer

位置

DirectX处于的位置

┌────────────────────────────┐
│ Game Engine / Application  │
└──────────────┬─────────────┘
               ↓
┌────────────────────────────┐
│ Direct3D / DirectCompute   │
│ DirectInput / XAudio2 etc  │
└──────────────┬─────────────┘
               ↓
┌────────────────────────────┐
│ DXGI (Presentation Layer)  │
└──────────────┬─────────────┘
               ↓
┌────────────────────────────┐
│ GPU Driver (WDDM Model)    │
└──────────────┬─────────────┘
               ↓
┌────────────────────────────┐
│ GPU Hardware (SM / CU)     │
└────────────────────────────┘

版本

DX家族中，D3D是更新最频繁、技术变革最剧烈、同时也是对游戏性能影响最大的组件
相比之下，其他的组件更新频率较低，技术变革平缓，甚至多版本共享
所以很多情况下用DX版本指代D3D，但要注意DX一套多媒体API而不是像Vulkan, OpenGL那样的纯粹图形API

DX自1995年问世，按大版本（主要迭代）来算，DirectX距今共有12个核心版本

大版本发布年份对应主要Windows系统核心技术历程
DX 1.01995Windows 95首次作为Windows Game SDK 推出，用以取代过时的WinG库
DX 2.01996Windows 95 / NT 4.0正式引入了 Direct3D 组件
DX 3.01996Windows 95 OSR 2强化了 Direct3D，是Windows NT 4.0 支持的最后一版
DX 5.01997Windows 98引入了对力反馈游戏手柄的支持和更强的3D雾化效果
DX 6.01998Windows 98 / Dreamcast引入了双线性过滤等特性，也曾被Sega主机Dreamcast采用
DX 7.01999Windows 2000引入 T&L（硬件光照与变换），将图形计算从CPU彻底解放到GPU
DX 8.02000Windows Me / XP划时代的改变：引入Shader Model（可编程着色器），固定管线开始走向可编程
DX 9.02002Windows XP / Xbox 360引入HLSL（高级着色器语言），奠定了现代3D游戏基石
DX 10.02006Windows Vista引入 Shader Model 4.0 和几何着色器。仅支持Vista系统，生命周期短，容易被忽视，但非常重要
DX 11.02009Windows 7引入 Tessellation（曲面细分）和Compute Shader（计算着色器）
DX 122015Windows 10 / 11 / Xbox OneLow-level API。类似Vulkan，允许开发者更底层地控制GPU资源，大幅提升多核CPU利用率

DX9, DX10, DX11 时期，显卡的硬件架构（固定管线 -> 统一着色器架构 -> 曲面细分）发生了翻天覆地的代际变化，老版本的底层框架已经无法承载新硬件，必须“推倒重来”
DX12 的设计极具前瞻性。它把对硬件控制的底层权力彻底交给了开发者和引擎。这个“地基”足够稳定且灵活，无论往上加什么新技术，现有的DX12底层架构都能完美包容
除非未来某一天，计算机图形学底层发生了颠覆性革命（例如量子计算图形化，或者完全抛弃多边形渲染的颠覆性硬件出现），DX12才可能被重构为DX13

进入DX 12 时代后，微软改变了频繁更换主版本号的做法，转而通过功能级别(Feature Levels) 和 SDK 升级来延续 DX12 的生命力

  • DX 12 Ultimate (Featture Level 12_2)：微软在2020年整合的一个高端标准，成为了现代游戏主机的统一硬件基准。它包含四个重要特性：

    • DXR(DirectX Raytracing)：硬件级光线追踪
    • VRS(Variable Rate Shading)：可变速率着色，提升渲染效率
    • Mesh Shaders：网格着色器，颠覆了传统的几何处理管线
    • Sampler Feedback：采样器反馈，优化纹理流送和显存占用

  • DX 12 Agility SDK：微软近年推出的全新分发机制。通过Agility SDK，开发者可以将最新的DX 12 runtime 直接打包在游戏里，不依赖Windows系统中的动态链接库

DirectX可以看成三次范式转移

  • DX7及以前是固定管线时代，CPU负责几乎所有逻辑，GPU只是绘制器，渲染流程写死
  • 可编程管线时代(DX8 / DX9)，Vertex Shader, Pixel Shader, HLSL(DX9)，GPU变成可编程并行计算设备
  • 现代GPU计算时代(DX11 / DX12)
    • DX11：Compute Shader, Tessellation，GPU开始负责通用计算(GPGPU)
    • DX12：控制权回归开发者，Command Queue 显式管理，Descriptor Heap，Pipeline State Object(PSO)，多线程录制命令，减少driver overhead