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Direct3D 12

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。

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

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。