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Direct3D 12是微软开发的图形API,提供高性能渲染和更细粒度的控制。它通过减少驱动开销、提升多线程性能和允许开发者更直接地控制硬件资源,以实现更高效的图形处理。

Direct3D 12

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(图片来源网络,侵删)

Direct3D 12是由微软开发的图形API,作为Direct3D系列的最新版本,它旨在为开发者提供更底层的硬件控制能力以及更高的性能,Direct3D 12首次亮相于2014年,并随着Windows 10的发布而广泛推广,该API专注于减少CPU开销、提高吞吐量,并通过创新的设计理念支持多核心处理器和GPU的并行计算能力。

关键特性

底层硬件抽象层(Hardware Abstraction Layer, HAL):Direct3D 12提供了一个更接近硬件的接口,允许开发者编写更优化的代码以利用GPU资源。

命令列表(Command Lists):与传统API的事件驱动编程不同,Direct3D 12通过预编译的命令列表来执行,这有助于减少运行时CPU的负担。

管线状态对象(Pipeline State Objects, PSOs):这些是预先配置好的渲染状态,可以在多个绘制调用中复用,从而提升效率。

描述符堆(Descriptor Heaps):Direct3D 12使用描述符堆来管理资源,包括贴图、缓冲区和采样器等。

异步计算(Asynchronous Compute):支持在后台进行计算任务,同时前台继续进行其他操作,提高了GPU的使用效率。

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(图片来源网络,侵删)

保守光栅(Conservative Rasterization):这个特性允许GPU只对可能影响最终图像的像素进行着色处理,节约了资源。

性能优化

Direct3D 12的设计目标之一是提高性能,特别是在多核心CPU和多GPU设置中,通过减少驱动程序的开销和提供更细粒度的控制,开发者可以更好地利用硬件资源。

兼容性与支持

Direct3D 12兼容各种类型的GPU,包括集成显卡和独立显卡,要充分利用其高级特性,需要较新的硬件和驱动程序。

程序结构

初始化与设备创建

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(图片来源网络,侵删)

在Direct3D 12中,首先需要创建一个ID3D12Device对象,它代表了应用程序与图形硬件之间的连接,创建设备时,可以选择特性级别(Feature Level),它决定了可以使用哪些功能和性能。

ID3D12Device *device;
D3D12CreateDevice(nullptr, D3D_FEATURE_LEVEL_11_0, IID_PPV_ARGS(&device));

资源管理

资源在Direct3D 12中是通过堆来管理的,包括常量缓冲区堆、贴图堆和顶点缓冲区堆等,每种资源都需要绑定到相应的堆上。

命令列表与执行

命令列表是Direct3D 12的核心概念之一,用于收集一系列渲染命令,然后由GPU执行,命令列表需要在录制前创建,并在录制后关闭。

ID3D12CommandList *cmdList;
device>CreateCommandList(0, D3D12_COMMAND_LIST_TYPE_DIRECT, commandAllocator, NULL, IID_PPV_ARGS(&cmdList));

渲染管线状态对象

PSO定义了如何将顶点数据转换为像素,并包含一系列可配置的状态,如混合模式、光栅化设置和深度模板测试等。

D3D12_GRAPHICS_PIPELINE_STATE_DESC psoDesc = {};
// 设置psoDesc属性...
device>CreateGraphicsPipelineState(&psoDesc, IID_PPV_ARGS(&psos));

绘制调用

绘制调用是将顶点数据和索引数据发送到GPU的过程,在Direct3D 12中,绘制调用通常涉及设置视口和剪裁矩形,以及调用DrawIndexedInstanced函数。

cmdList>OMSetRenderTargets(1, &rtvHeap, FALSE, nullptr);
cmdList>DrawIndexedInstanced(indexCount, 1, startIndexLocation, 0, 0);

资源屏障与同步

由于Direct3D 12允许显式地控制资源状态和访问,因此必须使用资源屏障来确保资源在不同阶段的正确状态转换。

CD3DX12_RESOURCE_BARRIER barrier = CD3DX12_RESOURCE_BARRIER::Transition(texture, D3D12_RESOURCE_STATE_COPY_DEST, D3D12_RESOURCE_STATE_PIXEL_SHADER_RESOURCE);
cmdList>ResourceBarrier(1, &barrier);

完成与提交

命令列表完成后,需要将其关闭并提交给命令队列执行,命令队列负责将命令列表发送到GPU进行渲染。

ID3D12CommandQueue *commandQueue;
device>CreateCommandQueue(&cd3dStdQueueParams, DXGI_QUEUE_FLAG_NONE, IID_PPV_ARGS(&commandQueue));
commandQueue>ExecuteCommandLists(1, &cmdList);

相关问答FAQs

Q1: Direct3D 12是否支持Windows 7操作系统?

A1: 不支持,Direct3D 12是专为Windows 10设计的,并且需要最新的硬件和驱动程序支持,因此不兼容Windows 7。

Q2: 如何检查我的系统是否支持Direct3D 12?

A2: 你可以通过以下步骤检查系统是否支持Direct3D 12:

1、确保你的操作系统是Windows 10。

2、更新你的显卡驱动程序到最新版本。

3、使用DirectX内置的D3D12CreateDevice函数尝试创建一个D3D12设备,如果创建成功则表示支持。

4、你还可以使用DirectX诊断工具或其他第三方软件来检查支持的Direct3D功能级别。

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