DirectX 11 vs DirectX 12: сравнение производительности на новых картах с новыми драйверами
В этом материале мы хотим опять вернуться к теме сравнения производительности в DirectX 11 и DirectX 12 на новых видеокартах от AMD и NVIDIA. Ведь за прошедшие месяцы разработчики игр и производители GPU неустанно улучшали свои продукты, в том числе оптимизировали поддержку нового программного интерфейса. Насколько лучше и перспективнее теперь смотрится DirectX 12 в разрешении Full HD? Давайте проверим на практике.
По традиции начнем с представления участников. Первой тестовую полосу препятствий пройдет видеокарта Inno3D iChill GeForce GTX 1080 TI X3 ULTRA. Она обладает отличной 3-вентиляторной системой охлаждения и хорошим заводским разгоном не только GPU, но и видеопамяти.
Затем мастер-класс покажет ROG STRIX Radeon RX 580 OC Edition от компании ASUS. Она также использует эффективный 3-вентиляторный кулер и небольшой разгон графического процессора. Конфигурация остального стенда не изменилась:
Deus Ex Mankind Divided при очень высоком пресете настроек качества обеспечивает более высокую загрузку процессора и видеокарты в режиме DirectX 11. А вот оперативной и видеопамяти потребовалось больше в новом API. В плане производительности лучше смотрится DirectX 12: 122 против 120 кадров/с по среднему показателю и 91 против 83 по минимальному.
Hitman при ультравысоких настройках уже с первых кадров демонстрирует солидный прирост скорости видеоряда от перехода на DirectX 12. Правда, теперь уже загрузка центрального и графического процессоров выше именно в новом API. Обратите внимание и на использование видеопамяти: около 6 ГБ в 12-ом DirectX и менее 3,5 ГБ в 11-ом. В итоге получаем 145 против 123 FPS в пользу DirectX 12, что эквивалентно 18%.
Очень высокий пресет настроек в Rise of the Tomb Raider хорошо загружает процессор и видеокарту в обоих случаях, хотя в режиме DirectX 12 от процессора требуется больше мощности. Разница в потреблении видеопамяти небольшая, а вот ОЗУ в новом DirectX съедается почти на 2 ГБ больше. Минимальный фреймрейт в обоих случаях составил 66 FPS, а по среднему лидирует DirectX 12: 179 против 166.
Sniper Elite 4 при ультра настройках больше загружает процессор в режиме DirectX 11, зато требует чуть больше видеопамяти и оперативки в DirectX 12. Также в нем демонстрируются чуть более высокие скоростные показатели: 190 против 187 FPS по средней частоте кадров и 170 против 166 по минимальной. То есть разница составляет 1-2%.
Сюжетная кампания в Battlefield 1 при ультра настройках более стабильно и высоко загружает видеокарту в новом DirectX. В нем же требуется на 700 МБ больше видеопамяти, зато в DirectX 11 использование ОЗУ выше на 1200 МБ. Да и скорость видеоряда в старом API также выше: 162 против 143 по средней частоте и 138 против 108 по минимальной. Разница составляет 13% и 28% соответственно.
The Division при максимальных настройках графики отдает предпочтение DirectX 12. В нем и видеокарта лучше загружена, и фреймрейт чуть выше. Правда, видеопамяти и ОЗУ также требуется чуть больше. В среднем имеем 147 против 141 кадра/с, что эквивалентно приросту в 4%.
И завершает первую часть игра DOOM при ультравысоких настройках графики. В данном случае сравниваем режимы OpenGL и Vulkan. Ранее видеокарты NVIDIA лучше смотрелись именно в первом из них, но теперь ситуация поменялась: в OpenGL были просадки до 183 FPS, поэтому средний показатель ориентировочно составляет 192 кадра/с. А вот в Vulkan частота стабильно находилась в районе 200 FPS.
Теперь давайте посмотрим, как с теми же тестами при аналогичных настройках графики справится AMD Radeon RX 580.
В Deus Ex загрузка CPU и GPU держится практически на одинаковом уровне, а вот видеопамяти и ОЗУ в режиме DirectX 12 требуется больше. На выходе получаем в среднем 58 против 56 FPS с просадками до 48 и 45 соответственно в пользу нового API.
В Hitman уже не наблюдается такого большого разрыва, как с GTX 1080 Ti. Процессор и видеопамять загружены приблизительно одинаково. Разница в используемой памяти есть, но она пропорциональная: DirectX 12 требует больше видеопамяти, но чуть меньше ОЗУ. С DirectX 11 все наоборот. В итоге по среднему FPS опять победил новый режим: 91 против 86 кадров/с.
Бенчмарк Rise of the Tomb Raider в режиме DirectX 12 опять больше загружает процессор вначале каждой сцены и требует на 2,5 ГБ больше ОЗУ. Взамен порадует и более высокими результатами: 79 против 76 FPS по среднему показателю и 24 против 16 по минимальному. Разница составляет 4% и 50% соответственно.
Создатели Sniper Elite 4 активно сотрудничают с AMD, в том числе в вопросе оптимизации под DirectX 12, поэтому неудивительно, что игра демонстрирует заметный прирост в этом режиме: средний FPS поднялся с 73 до 85 кадров/с, а минимальный – с 61 до 71. Разница в обоих случаях составляет 16%.
В Battlefield 1 видим чуть более высокую загрузку процессора, а также большее потребление оперативной и видеопамяти в режиме DirectX 12. Зато минимальная скорость видеоряда выше в DirectX 11: 76 против 60 FPS. Средний показатель в обоих случаях составил 83 кадра/с.
The Division практически сразу потребовала на 1 ГБ больше ОЗУ и на 500 МБ больше видеопамяти в режиме DirectX 12. Видеокарта в обоих случаях стабильно была загружена на 100%, да и нагрузка на процессор в среднем была почти одинаковой. На выходе получаем: 67 против 63 FPS в пользу нового API.
И, наконец, в DOOM видим привычную картину: AMD Radeon RX 580 гораздо лучше себя чувствует в режиме Vulkan. Средняя скорость ориентировочно составляет 157 кадров/с, а минимальная не опускалась ниже 130. При переходе в OpenGL эти же показатели достигли 136 и 117 FPS, то есть на 15% и 11% ниже.
Итоги
Что же мы видим в итоге? Раньше видеокарты NVIDIA не очень хорошо дружили с DirectX 12. Сейчас с GTX 1080 Ti в среднем можно рассчитывать на прирост 4% по среднему показателю. Если бы не Battlefield 1, то он составил и вовсе 6%. Также следует похвалить NVIDIA за существенную оптимизацию в режиме Vulkan: по крайней мере GTX 1080 Ti в нем теперь выглядит даже лучше, чем в OpenGL.
Что же касается AMD Polaris в лице RX 580, то средний прирост по среднему фреймрейту от перехода на новые API составил 7%, а по минимальному – 13%. Хотя действительно значимый результат, то есть больше 10%, обеспечили лишь две игры: Sniper Elite 4 и DOOM.
Таким образом, положительный эффект в плане фреймрейта от DirectX 12 есть, но на обеих платформах он не слишком большой и зачастую обходится ценой чуть большего потребления оперативной и видеопамти. Vulkan может быть еще эффективнее, но сложно судить по одной игре. А вот в плане качества графики различий между режимами мы не заметили.
Чем отличается DirectX 9 от DirectX 11?
О DirectX наверняка слышали почти все любители компьютерных игр, однако, что это такое, как работает, для чего нужно и в чем заключается разница версий, знают единица, а иногда эти знания не совсем верные. Именно поэтому в данной статье будет проведено сравнение версий DirectX 9 и 11, а также сделан вывод о том стоит ли покупать новую дорогую видеокарту с поддержкой последней версии.
Что такое DirectX?
DirectX – это набор команд для Windows, которые позволяют решать две задачи. Пользователи за счет работы этих библиотек получают возможность насладиться всей вычислительной способностью своего ПК, а именно великолепными спецэффектами, для разработчиков – это возможность получить все привилегии работы с видеокартой на аппаратном уровне. Иными словами DirectX необходим для создания реалистичной и эффективной картинки в играх.
Данный пакет команд появился в 1994 году, когда компания Microsoft готовилась выпустить на рынок новую версию ОС – Windows 95, однако, ее коммерческий потенциал был весьма сомнителен, так как из-за защиты и оптимизации работы многие разработчики не могли получить полноценный доступ к видеокарте, а значит использовать все ее ресурсы. Именно тогда родилась идеи написать пакет приложений способных дать такую возможность программистам. Это вывело удобство работы с данной ОС на принципиальной новый уровень, который стал конкурентоспособным с написанием игр под DOS. 
В настоящее время существует несколько версий DirectX, все они работоспособные и по большому счету игроки могут пользоваться той, которая поддерживается их видеокартой. Как правило, новая версия DirectX выпускается совместно с новыми играми и влечет за собой замену видеокарты на более мощную и современную. Однако, стоит ли новая версия таких затрат или можно обойтись старым железом. Если говорить коротко, то новая версия пакета всегда дает программистам новые возможности, что для пользователя выливается в более красивые спецэффекты. Стоит сразу отметить, что отсутствие DirectX может иметь два последствия:
DirectX 9
DirectX 9 появился в 2002 году и стал по-своему революционным, разработчики вложили в него поддержку шейдеров, что в итоге дало великолепную графику для своего времени. Ярким прим DirectX ером тому может служить игра Need For Speed, выпущенная в 2003 году, где пользователь могли видеть мельчайшие блики на стекле автомобиля, наслаждаться вылетающими из-под колес кусками грязи и снега, а также удивлялись детализации окружающего мира. Все разработчики делали свои игры с учетом этой версии DirectX и так продолжалось до 2006 года, пока вместе с Windows Vista не появился DirectX версии 10. 
Интересным фактом стало то, что данная версия не получила широкого распространения, так как сама операционка для которой она было создана не пошла в массы. Многие геймеры и просто пользователи предпочли остаться на более старой ОС и, соответственно, необходимости в обновлении пакета DirectX до 10 версии не было.
DirectX 11
В 2009 году на рынок выходит новая версия Windows под номером 7, а с ней и DirectX 11. Принципиальным отличием данной версии от более старых стало:
Вышеописанные процессы стали важны для разработчиков, а для игроков это вылилось в улучшение картинки и детализации. 
Необходимость перехода
Выше было описано, что улучшилось при появлении DirectX версии 11, однако, многие игроки не смогли это заметить в старых играх. Этому есть вполне логичное обоснование. Разработчики создают свои продукты под ту версию, которая существует в данный момент, поэтому более старые игры просто не несут в себе данных, которые могли бы быть использованы DirectX 11. Чтобы ощутить все возможности этого пакета необходимо скачать новые игры или игры, которые были выпущены с учетом нового DirectX.
Почему многие игры кажутся недостаточно проработанными даже на новых видеокартах с новой версией DirectX. Все дело в том, что большинство производителей в целях экономии ресурсов предпочитают выпускать игры сразу на несколько разных платформ, например, ПК, PlayStation и Xbox. Консоли даже последних поколений не могут сравниться производительностью с мощными игровыми ПК, поэтому производители закладывают в свои игры максимум для консолей, что для персонального компьютера может быть лишь на уровне среднего использования. Только игры, выпущенные эксклюзивно под ПК или специально адаптированные под него, как это было с GTA 5, могут похвастаться отличным изображением и использование всей мощи видеокарты.
Двадцать лет спустя. Эволюция API Microsoft DirectX
Сегодня DirectX, разрабатываемый компанией Microsoft, уже воспринимается как должное. Все привыкли, что этот API является неотъемлемой частью Windows. Новая итерация «оси» под номером 10 не стала исключением. Еще осенью прошлого года Microsoft анонсировала двенадцатое поколение DirectX. Этому событию предшествовало пять лет почти полной тишины из стана Microsoft. Компания ограничивалась лишь плановыми обновлениями API, и никакой определенности насчет будущего DirectX не было. Масла в огонь подливало и то, что многие компании-разработчики в открытую поддерживали конкурирующую технологию OpenGL. В их число входила, например, компания Valve. Вдобавок ко всему, компания AMD представила свой низкоуровневый программный интерфейс Mantle, который должен был составить конкуренцию как OpenGL, так и DirectX. К счастью, Microsoft не вышла из игры, и все это время разработчики компании упорно трудились над созданием DirectX 12, который станет частью анонсированной в январе операционной системы Windows 10. Релиз «десятки» запланирован на ближайшую осень, а это значит, что уже в конце 2015 (либо в начале 2016) мы увидим первые игры, поддерживающие новый API.
Даже спустя столько лет первый Crysis по-прежнему хорош. А ведь это всего лишь DirectX 10
Чтобы немного скрасить время ожидания, мы предлагаем вам вспомнить, как создавался и развивался DirectX на протяжении последних 20 лет.
С чего все начиналось. DirectX 1.0
История появления DirectX берет свое начало в первой половине 1990-х годов, когда компания Microsoft занималась разработкой операционной системы Windows 95, которая должна была прийти на смену MS-DOS. Главным преимуществом MS-DOS было то, что она пользовалась популярностью у разработчиков игр. По мнению трех программистов Microsoft — Крэйга Эйслера (Craig Eisler), Алекса Сен-Джона (Alex St. John) и Эрика Энгстрома (Erik Engstrom) — даже после выхода Windows 95 многие разработчики могли отдать предпочтение MS-DOS как более подходящей для создания игр платформе. Чем же «дос» так нравился программистам? Все дело в том, что, программируя под MS-DOS, разработчики обращались напрямую к железу, то есть имели прямой доступ к видеокарте, клавиатуре, мыши, звуковым устройствам и другим частям системы. Подобный подход использовался в программировании под консоли, однако создание игр для компьютера осложнялось тем, что, в отличие от приставок, здесь не было фиксированной конфигурации системы. Это приходилось учитывать при написании кода, что значительно усложняло жизнь девелоперам.
Крэйг Эйслер — один из создателей DirectX
Так или иначе, но обращаться напрямую к аппаратной части компьютера в Windows 95 стало невозможно. Причиной этого была новая защищенная модель памяти, которая запретила прямой доступ к устройствам. Шел 1994 год, Windows 95 была на подходе, и Microsoft требовалось быстрое и эффективное решение возникшей проблемы. Им стал API DirectX, за создание которого отвечали как раз Эйслер, Сен-Джон и Энгстром. Релиз DirectX версии 1.0 состоялся 30 сентября 1995 года под названием Windows Games SDK.
Первая итерация DirectX была очень упрощена относительно своих будущих версий. Она поддерживала вывод двухмерной графики, звуков, а также обрабатывала данные, поступающие с различных манипуляторов.
DirectX 1.0 разрабатывался для Windows 95
Разработчики игр встретили DirectX довольно прохладно. Во-первых, они не были уверены, что Microsoft будет поддерживать API на протяжении долгого времени. Недоверие к Microsoft возросло после того, как компания свернула поддержку API WinG, который рассматривался как один из «помощников» в портировании игр с DOS на Windows. Во-вторых, «девяносто пятая» была требовательней к аппаратной части, из-за чего производительность в играх, как правило, снижалась в сравнении с MS-DOS. Ну и в-третьих — у DOS было огромное количество энтузиастов, которые ни в какую не хотели программировать под Windows.
Стоит сказать, что к моменту появления DirectX разработчикам игр уже был доступен API OpenGL, разработанный компанией Silicon Graphics Inc и представленный в 1992 году. Но в Microsoft решили пойти своим путем. В дальнейшем противостояние DirectX и OpenGL было похоже на битву Давида против Голиафа. Microsoft, прежде всего, брала своей финансовой мощью, а Silicon Graphics — репутацией и техническим опытом. Так, выбор в пользу OpenGL тогда сделал создатель Doom и Quake Джон Кармак (John Carmack). Он считал, что программный код DirectX слишком сложный для программирования, и поэтому в открытую поддерживал более «дружелюбный» интерфейс OpenGL. Конечно же, на планы Microsoft это никак не повлияло, но прохладная встреча DirectX со стороны разработчиков ясно дала понять, что работы у инженеров компании целый непочатый край.
Скриншот из игры Doom, за разработку которой отвечал Кармак
В роли догоняющего. DirectX 2.0 и далее
Следующее поколение API DirectX было представлено в середине 1996 года. Наконец-то в состав программного интерфейса были включены пакеты Direct3D и DirectPlay. С тех пор API состоял из следующих компонентов:
DirectX 2.0 предназначался для операционных систем Windows 95 и Windows NT 4.0. С момента выпуска первой ОС прошло совсем мало времени, поэтому для этой версии было выпущено очень мало игр. Microsoft воспользовалась моментом и начала активно продвигать API среди разработчиков. Ради этого во время конференции GDC в 1996 году Microsoft даже устроила специальное мероприятие, где представила некоторые новые возможности DirectX.
Вскоре после появления второго поколения API свет увидел и DirectX 3.0. Это случилось в сентябре 1996 года. Ближе к концу года были представлены дополнения в виде версий 3.0a и 3.0b. В сравнении со второй итерацией API третье поколения получило лишь незначительные изменения, которые так и не смогли повлиять на положение DirectX среди девелоперов.
Так выглядела картинка с применением DirectX 3.0
Немного исправить ситуацию получилось у DirectX 5.0, который появился в августе 1997 года. А что же случилось с четвертым поколением? Дело в том, что разработка 4-й и 5-й итераций API началась одновременно. DirectX 4.0 рассматривался как решение на самое ближайшее время. Оно не должно было привнести каких-либо кардинальных изменений в сравнении с версией 3.0 — только несколько новых «фич». В то же время пятая версия разрабатывалась с прицелом на перспективу. Однако разработчики не проявили интереса к новым возможностям DirectX 4.0, Microsoft свернула проект. Во избежание путаницы было решено пропустить версию 4.0 и сразу выпустить DirectX 5.0.
Главным достоинством пятой итерации DirectX стал намного упрощенный код. Писать программы с помощью API стало легче, и DirectX уже не вызывал у девелоперов такой неприязни, как поначалу. Главным же недостатком пятой «директрисы» было отсутствие поддержки технологии мультитекстурирования (multitexturing). Суть этой технологии заключается в наложении на грань сразу нескольких текстур за один проход. Но тут Microsoft улыбнулась удача. В то время алгоритмы мультитекстурирования были не столь эффективны, а железо — недостаточно производительным для того, чтобы применять технологию без ущерба для производительности. Чаще всего вместо нее разработчики использовали обычные многократные проходы, во время каждого из которых на грань накладывалась только одна текстура. Для девелоперов было важно, чтобы новые игры запускались и на старых машинах, поэтому в большинстве приложений мультитекстурирование не использовалось. Microsoft от этого лишь выиграла.
А это уже DirectX 5.0
Главный недостаток DirectX 5.0 был исправлен уже в следующем поколении API под логичным номером 6. Эта итерация DirectX появилась в августе 1998 года и вновь получила улучшения в области создания программ — код стал еще проще и еще понятнее. Также DirectX 6.0 мог похвастаться поддержкой мультитекстурирования. Но исправившись, Microsoft допустила очередную ошибку — новый API не поддерживал на аппаратном уровне технологию T&L (Transform and Lightning), которая предназначалась для обработки освещения и трансформации объектов в реальном времени. Как показало время, у Microsoft был еще год в запасе для реализации поддержки T&L. GeForce 256, первая видеокарта с движком T&L, появилась только в 1999 году. Кстати, начиная с этой версии, DirectX стал своего рода мультиплатформенным продуктом. Microsoft пыталась продвинуть свою операционную систему Windows CE для консолей и вместе с «осью» поставляла специальную версию DirectX 6. Однако эксперимент, скажем прямо, не удался.
Первая часть знаменитой серии Thief использовала DirectX 6.0
DirectX 7.0 в игре Midtown Madness 2
Великий перелом. DirectX 8.0 и 9.0
2001 год стал, пожалуй, переломным в истории развития DirectX. На протяжении предыдущих шести лет Microsoft находилась в роли догоняющих. И дело было даже не в конкуренции с OpenGL, за которым развитие DirectX худо-бедно успевало, а в седьмой итерации в чем-то даже и превзошло. DirectX сам по себе догонял всю индустрию. Microsoft создавала каждую версию API с оглядкой на архитектуру новейших видеокарт. В таком положении трудно было сделать по-настоящему большой шаг вперед и вырваться в лидеры. И это не устраивало компанию. Поэтому Microsoft наладила сотрудничество с NVIDIA, и DirectX 8.0 появился почти одновременно с видеокартами GeForce 3.
В восьмом поколении архитектура API претерпела значительные изменения и стала больше отличаться от таковой в OpenGL. В DirectX 8.0 появились пиксельные и вершинные шейдеры, что облегчило программистам создание различных спецэффектов. Сами шейдеры представляют собой подпрограммы, которые загружаются в видеокарту наравне с другими данными сцены. Затем драйвер преобразует эти подпрограммы в инструкции, понятные видеочипу. Кроме вершинных и пиксельных шейдеров, DirectX 8.0 мог похвастаться поддержкой тумана и таких технологий, как bump-mapping и texture-mapping (мультитекстурирование).
Помимо этого, Microsoft выделила компоненту DirectDraw, отвечающую за отрисовку двухмерной графики, в отдельный API. Также DirectX 8.0 все еще считался неудобным в использовании, но Microsoft постаралась исправить это в обновлении с индексом 8.1.
DirectX 8.1 в игре Max Payne 2: The Fall of Max Payne
Как итог, программисты наконец-то увидели перспективу в DirectX. Многие посчитали, что API от Microsoft на самом деле может стать будущим геймдева. Почему? Все потому, что программировать с помощью DirectX можно было с помощью обычного компьютера, в то время как для девелопмента под OpenGL необходима была рабочая станция. Вслед за NVIDIA свой взор на DirectX перенесла и ATI.
С выходом версии 8.1 API от Microsoft стал по-настоящему мультиплатформенным. Это произошло благодаря выходу первого поколения игровой консоли Xbox. Девелоперы получили специальный набор инструментов для платформ PC и Xbox, который значительно облегчил жизнь кроссплатформенным разработчикам. Конечно, была и обратная сторона медали: игрушки, написанные под Xbox и затем портированные на ПК, были зачастую неиграбельны из-за плохого управления.
С появлением DirectX 9.0 Microsoft лишь упрочила свои лидирующие позиции. Большинство разработчиков приняли девятое поколение API с распростертыми объятиями, а NVIDIA и ATI сконцентрировались на доработке драйверов для лучшей производительности рендеринга DirectX-приложений.
Far Cry и DirectX 9.0
Что касается технологических новшеств, то девятая итерация DirectX получила поддержку шейдерного языка высокого уровня HLSL (High Level Shader Language). Он не являлся обязательным, поэтому программисты могли самостоятельно писать низкоуровневый код для достижения максимальной производительности. Сами же пиксельные и вершинные шейдеры были обновлены до версии 2.0. Кроме этого, DirectX 9.0 получил поддержку технологии Multiple Render Targets (MRT), которая обеспечила одновременный рендеринг сразу в несколько цветовых буферов, а не в один, как было раньше. Также была добавлена поддержка технологии MET (Multiple-Element Textures) и стенсил-буфера (Stencil-buffer), который использовался при создании таких спецэффектов, как тени и отражения.
После выпуска девятой версии Microsoft не слишком торопилась с разработкой следующего поколения API. Если раньше каждая новая итерация DirectX выходила практически ежегодно, то теперь компания сделала ставку на плановые обновления. Поэтому в течение двух следующих лет свет увидели лишь дополнения DirectX 9.0 с литерами a, b и c. Основными их улучшениями были обновленные пиксельные и вершинные шейдеры. Так, DirectX 9.0a/b поддерживали Shader Model 2.0a/b соответственно, а самое крупное обновление — DirectX 9.0c — могло похвастаться не только Shader Model версии 3.0, но и поддержкой игровой консоли нового поколения Xbox 360.
DirectX 9.0c в стелс-экшене Splinter Cell
Удивительно, но DirectX 9.0c смог задержаться в компьютерах надолго. Виной всему — просчет Microsoft при выходе DirectX 10.
Неверный ход. DirectX 10
Следующее поколение DirectX было выпущено в ноябре 2006 года. Новый API поставлялся вместе с операционной системой Windows Vista, которая появилась в том же месяце. Состав DirectX претерпел некоторые изменения. Несколько компонентов были заменены. Так, DirectInput, отвечающий за обработку данных, поступающих с манипуляторов, уступил место пакету XInput, а DirectSound был упразднен в пользу системы Cross-Platform Audio Creation Tool (XACT), которая лишилась аппаратного ускорения аудио, поскольку рендеринг аудио в Windows Vista осуществлялся непосредственно на CPU.
Что касается нововведений, которые получил DirectX 10, в первую очередь нужно отметить новую версию шейдеров Shader Model 4.0, которая получила новые целочисленные инструкции и битовые операции. Кроме этого, добавилась поддержка дополнительных шейдеров, что позволило генерировать сложную геометрию полностью с помощью видеокарты. Подвергся изменениям и шейдерный компилятор HLSL, также получивший версию 4.0. Для улучшения производительности API было снижено число обрабатываемых команд на кадр, а также уменьшено время вызова функций. Был реализован и потоковый ввод/вывод, который позволил записывать результат работы вершинных и геометрических шейдеров напрямую в память.
Скриншот из игры Assassin’s Creed в режиме DirectX 10
Главным просчетом Microsoft было то, что DirectX 10 работал исключительно в операционной системе Windows Vista, вместе с которой он и был выпущен. Если раньше API Microsoft имел обратную совместимость с предыдущими версиями Windows, то теперь он был ее лишен. В итоге большинство игр разрабатывались в первую очередь с прицелом на DirectX 9.0c и операционную систему Windows XP, а поддержка DirectX 10 была лишь бонусом. По такому принципу разрабатывались, например, шутер Hellgate: London или стратегия Company of Heroes. Свою роль в провале DirectX 10 сыграло и то, что сама Windows Vista оказалась, пожалуй, самой неудачной «осью» в истории Windows.
В 2008 году Microsoft анонсировала обновление с индексом 10.1, которое стало доступно вместе с выходом Windows Vista SP1. Несмотря на то что DirectX 10.1 был всего лишь небольшим дополнением к API с индексом 10, он не поддерживался выпущенным на тот момент железом. Для DirectX 10.1 были необходимы новые видеокарты, которые, в свою очередь, сохраняли обратную совместимость с DirectX 10. В обновленном API были улучшены некоторые «фичи». Например, была обновлена шейдерная модель до версии 4.1, стали доступны независимые режимы блендинга для MRT и массивы кубических карт (cube map arrays). А несколько опциональных возможностей DirectX 10 стали обязательными в версии 10.1: например, 32-битная фильтрация и MSAA как минимум с четырьмя выборками (4x MSAA).
Сравнение DX9 с DX10
Работа над ошибками. DirectX 11
Выхода следующей версии API пришлось ждать почти два года. DirectX 11 был анонсирован еще на выставке Gamefest в 2008 году, но официальный релиз состоялся осенью 2009 года вместе с операционной системой Windows 7. Microsoft усвоила урок десятой версии API, поэтому 11-я итерация работала как с новой Windows 7, так и с Windows Vista.
Что касается новых возможностей, то в DirectX 11 в очередной раз была обновлена шейдерная модель, теперь до версии 5.0. Кроме этого, была улучшена производительность API в системах с многоядерными центральными процессорами. Все предыдущие версии разрабатывались с прицелом на одноядерные CPU. В конце концов, это стало своего рода бутылочным горлышком в производительности DirectX. Также в конвейер был добавлен вычислительный шейдер (Compute Shader) для поддержки программирования под задачи общего назначения. К примеру, всем известное быстрое преобразование Фурье работает через DirectX 11 намного быстрее, чем с помощью ранее применявшихся методов. Разработчики Microsoft также уделили внимание сжатию текстур, поэтому алгоритмы были значительно улучшены. Кстати, максимальный размер текстур также был увеличен с 4К до 16К. Но самым большим нововведением DirectX 11 стала поддержка тесселяции и переработанный конвейер визуализации, который был дополнен тремя новыми стадиями: hull-шейдером, domain-шейдером и непосредственно стадией тесселяции.
Суть тесселяции состоит в том, что по мере приближения низко детализированного объекта количество треугольников в его изображении экспоненциально увеличивается для получения более реалистичной и качественной картинки. Преимуществом метода является то, что среднее количество обрабатываемых треугольников всегда примерно одинаково, благодаря чему не происходят провалы в производительности. Особенно это актуально для игровых приставок, где изначально возможности железа ограничены.
Скриншот из шутера Crysis 2. Потрясающего качества картинки удалось достичь с помощью DirectX 11
Новшества, которые получил DirectX 11.1, вышедший в августе 2012 года для операционной системы Windows 8, были больше ориентированы на разработчиков, нежели на геймеров. Были добавлены новые команды копирования, защита от переполнения буфера, проверка на поддержку функций DirectX 11.1 со стороны видеочипов, а также отслеживание вычислений в шейдере. Вдобавок ко всему, в API была добавлена поддержка стереоскопического рендеринга. То есть отныне все игры, написанные с использованием DirectX 11.1, по умолчанию поддерживали трехмерный режим.
С выходом операционной системы Windows 8.1 DirectX также был обновлен до версии 11.2. Основными его улучшениями стали поддержка аппаратных оверлеев, компиляция и линковка шейдеров HLSL в рантайме, отображаемые в память буферы, API снижения задержек ввода и тайловые ресурсы. Среди этих возможностей, прежде всего, стоит выделить поддержку аппаратного оверлея. Он позволяет осуществлять рендер в буфер с низким разрешением, а затем увеличивать это изображение до необходимого размера и смешивать его с дополнительными буферами. Игра может отображать 3D-сцену в первом оверлее со сниженным качеством, но при этом другие графические элементы приложения могут отображаться с высоким качеством. К слову, оверлей может быть как статическим, так и динамическим. При статическом оверлее уровень масштабирования устанавливается при инициализации буфера и в дальнейшем не изменяется. В случае же использования динамического оверлея качество картинки может моментально изменяться без ущерба для производительности. В некоторых ситуациях это помогает избежать сильного падения производительности.
DirectX 11.3 и 12
На сегодняшний день DirectX 11.2 является самой свежей версией API от Microsoft. Что же ждет нас в ближайшем будущем? На эту осень запланирован запуск операционной системы Windows 10, а вместе с ней и DirectX 12. Главным отличием нового API от всех его предшественников стало снижение уровня абстрагирования оборудования. DirectX 12 предоставит иную модель программирования. Как говорят в Microsoft, приближенную к железу (closer to the metal). Используя такую модель, разработчики получат более широкий доступ к различным возможностям графического чипа. Кроме этого, DirectX 12 теперь поддерживает объекты состояния конвейера (PSO, pipeline-state object) и таблицы дескрипторов. Наконец, API получил новые возможности для конвейера рендеринга, которые значительно увеличивают производительность в таких алгоритмах, как определение коллизий, расчет прозрачности или геометрическая отбраковка.
