Tìm hiểu về Direct X

HỌC VIỆN AN NINH NHÂN DÂN

BÀI TẬP LỚN MÔN KỸ
THUẬT ĐỒ HỌA
Đề tài: DirectX

Nhóm 9
NGUYỄN VIẾT TÙNG
NGUYỄN HỮU DƯƠNG
Trung đội: B15D45
Giáo viên giảng dạy: Cô HÀ THỊ KIM DUNG

H


HỌC VIỆN AN NINH NHÂN DÂN C500

MỤC LỤC

I.
Giới thiệu về DirectX
1. DirectX là gì?

DirectX là một tài sản của tập đoàn Microsoft. Logo của bộ thư viện này đơn giản chỉ là tên
gọi DirectX đi cùng tên của công ty.

2
DIRECTX


HỌC VIỆN AN NINH NHÂN DÂN C500

DirectX là một tập hợp thư viện các hàm API được Microsoft thiết kế để cung cấp cho
những người phát triển game một giao diện lập trình cấp thấp để liên kết tới các phần cứng
của PC chạy trên hệ điều hành Windows.
Thuở ban đầu, tên gọi của tất cả các API nay đều được bắt đầu bởi tiền tố Direct, ví dụ
như Direct3D, DirectDraw, DirectMusic, DirectPlay, DirectSound …Tên gọi DirectX đôi khi
được rút gọn chỉ còn X. Khi Microsoft tiến hành phát triển một hệ máy chơi game mới, kí tự
X được dùng trong từ Xbox để ám chỉ việc thế hệ máy chơi game này được xây dựng trên
những công nghệ của DirectX. Kí tự X sau đó được dùng để đặt tên cho những API được
thiết kế dành riêng cho Xbox như XInput, XACT (Audio Creation Tool) … trong khi tiền tố
Direct được Microsoft sử dụng để đặt tên cho các API dành cho Windows như Direct2D,
DirectWrite …
Mỗi một đối tượng API của DirectX cung cấp một khả năng truy cập khác nhau tới từng loại
phần cứng của hệ thống, tất cả chúng đều được xây dựng trên một giao diện chuẩn. Giao diện
này cho phép những người phát triển có thể viết những game của họ bằng cách sử dụng tập
hợp cách hàm này lại với nhau mà không cần phải quan tâm nhiều tới phần cứng mà nó sẽ
được sử dụng.

2. Sự ra đời và phát triển của DirectX

Cuối năm 1994, khi Microsoft chuẩn bị công bố hệ điều hành tiếp theo của họ - Windows 95. Tại
thời điểm đó, 3 nhân viên của Microsoft - Craig Eisler, Alex St. John, và Eric Engstrom - lo lắng
về việc các lập trình viên có xu hướng đánh giá MS-DOS là nền tảng tốt hơn cho lập trình
game, và như vậy sẽ có ít tựa game được phát triển cho Windows 95.
Lý do bởi vì DOS cho phép lập trình viên can thiệp trực tiếp vào các thành phần của hệ thống
như: video cards, bàm phím, chuột, thiết bị xuất âm thanh …. Trong khi đó, Windows 95 với
kiến trúc chặt chẽ hơn, không cho phép điều này xảy ra. Trong khi chưa đầy 1 tháng nữa
Windows 95 sẽ ra mắt, Microsoft cần một chìa khóa để giải quyết mâu thuẫn này. Eisler
(development lead), St. John, và Engstrom (program manager) đã làm việc với nhau, đề xuất
một giải pháp mà họ đặt tên là DirectX.

Phiên bản đầu tiên của DirectX phát hành vào tháng 9 năm 1995 với tên gọi Windows Games
SDK – cũng là sự thay thế cho DCI và WinG API trên Windows 3.1. Nhờ có DirectX (được tích
hợp vào trong Windows 95 trở về sau), ứng dụng có thể tận dụng sức mạnh phần cứng để xử
3
DIRECTX


HỌC VIỆN AN NINH NHÂN DÂN C500

lý nhiều tác vụ đa phương tiện. Eisler có đề cập tới sự “điên cuồng” trong việc xây dựng DirectX
1 tới 5 trên blog của anh ta.

Craig Eisler

Alex St. John

Eric Engstrom
Việc chuyển dịch sang DirectX khởi đầu khá chậm chạp vì những lo ngại về sự thay thế của
WinG, hiệu năng của DirectX – do Windows thời điểm này được xây dựng trên nền DOS và sự
ra đi của nhiều lập trình viên DOS.
4
DIRECTX


HỌC VIỆN AN NINH NHÂN DÂN C500

DirectX 2.0 trở thành một thành phần của Windows trong phiên bản Windows 95
OSR2 và Windows NT 4.0 vào giữa năm 1996. Do Windows 95 còn quá mới mẻ lúc này nên có
rất ít tựa game được phát hành cho nó. Microsoft đã triển khai những chiến dịch quảng bá
mạnh mẽ cho DirectX nhằm đánh tan sự hoài nghi của giới lập trình viên về nền tảng này. Tại

sự kiện Computer Game Developers Conference năm 1996, Microsoft lần đầu tiên giới
thiệu Direct3D và DirectPlay song song với việc minh họa chế độ chơi mạng của
game MechWarrior 2.
Thách thức đặt ra cho nhóm phát triển DirectX là làm thế nào DirectX có thể tương thích với
nhiều phần cứng khác nhau. Những phần cứng có thể kể đến như những loại card đồ họa, card
âm thanh, motherboard, CPU, thiết bị nhập, xuất … Tất cả các phiên bản DirectX được phát
hành đều phải được kiểm tra (ở cả bản beta và bản cuối cùng) một cách kỹ càng để đảm bảo
tương thích tốt với phần cứng / phần mềm. Ngoài ra, nhóm phát triển cũng gửi những bản mẫu
đến các đối tác để chắc chắn phiên bản sắp phát hành tương thích với những phần cứng mới
này.
Trước DirectX, OpenGL là một thành phần của Windows NT. OpenGL tại thời gian này yêu cầu
phần cứng cao hơn và tập trung vào các giải pháp kỹ thuật, CAD. Direct3D được Microsoft định
hướng là thành phần gọn nhẹ hơn OpenGL và tập trung chủ yếu vào game. Khi các game 3D
bắt đầu bùng nổ, OpenGL cũng được phát triển để hỗ trợ tốt hơn cho việc lập trình game, và
giờ đây lập trình viên được lựa chọn giữa OpenGL hay Direct3D cho ứng dụng của họ. Cũng từ
đây, cuộc chiến không hồi kết giữa OpenGL và Direct3D bắt đầu. Nhiều tranh luận được đưa ra
giữa việc xây dựng ứng dụng hỗ trợ đa nền tảng với OpenGL hay chỉ hỗ trợ duy nhất Windows
với Direct3D.
Trên các hệ máy chơi game – console – được phát hành bởi Microsoft, DirectX được tùy biến
lại dưới sự hợp tác của Nvidia – đối tác phần cứng cho 2 hệ máy chơi game Xbox, Xbox360 –
và AMD – hệ máy XboxOne.
Năm 2002, Microsoft phát hành DirectX 9, hỗ trợ lập cho việc lập trình vertex và pixel shader –
Shader Model 2.0. Phiên bản Direct9.0c với Shader Model 3.0 được phát hành không lâu sau
đó, vào tháng 8 năm 2004.
Tháng 4 năm 2005, DirectShow được gỡ khỏi DirectX và chuyển qua tích hợp vào Microsoft
Platform SDK.
Bảng tổng hợp dưới đây liệt kê toàn bộ các phiên bản DirectX, thời điểm ra mắt và các sự kiện
liên quan.

5

DIRECTX


HỌC VIỆN AN NINH NHÂN DÂN C500

(Còn nữa)
DirectX 4 chưa bao giờ được phát hành. Raymond Chen – trưởng bộ phận thiết kế phần mềm
của Microsoft – giải thích trong cuốn sách "The Old New Thing" của ông về sự kiện này. Sau khi
DirectX 3 phát hành, Microsoft tiến hành phát triển phiên bản DirectX 4 và 5 song song với
nhau. Trong đó, DirectX 4 dự định sẽ là một bản cập nhật một số tính năng, trong khi DirectX 5
dự định sẽ là một phiên bản lớn với nhiều cải tiến. Tuy nhiên, lập trình viên tỏ ra không hào
hứng với những tính năng sẽ được giới thiệu trong DirectX 4 dẫn tới việc phiên bản này bị "xếp
xó" và những tài liệu liên quan tới việc phân biệt 2 phiên bản này cũng bị Microsoft loại bỏ.

6
DIRECTX


HỌC VIỆN AN NINH NHÂN DÂN C500

7
DIRECTX


HỌC VIỆN AN NINH NHÂN DÂN C500

Có thể nói, sự ra đời của DirectX đã lặp lại trật tự cho thế giới đồ họa máy tính và ngành công
nghiệp game nói riêng, vốn dĩ trước đây thuộc về OpenGL và rộng cửa cho lập trình viên có thể
có lựa chọn cho riêng mình. Ví dụ như các ứng dụng cần chạy trên nhiều nền tảng khác nhau,
đặc biệt là các ứng dụng liên quan tới thiết kế sẽ ưu tiên chọn OpenGL và ngược lại, những

ứng dụng muốn tối ưu cho Windows, tận dụng các thành phần xây dựng sẵn như xử lý âm
thanh, nhập xuất thì có thể lựa chọn DirectX.
II.
Những thành phần cơ bản của DirectX
1. Những thành phần cơ bản của các phiên bản DirectX 9.0.(c)
• Dưới đây là những thành phần cơ bản của DirectX từ phiên bản 9.0(c) trở về các phiên
•

•

•

•

bản trước đó đã bị gỡ bỏ ra khỏi DirectX SDK:
DirectX Graphic: Thành phần này đảm nhiệm tất cả các chức năng kết xuất đồ hoạ của
hệ thống. Nó cung cấp những hàm API để người dùng có thể quản lý quá trình vẽ 2D
cũng như 3D.
DirectInput: Tất cả những gì người dùng nhập vào sẽ được quản lý bởi các hàm API
trong thành phần này. Nó bao gồm khả năng hỗ trợ các thiết bị như bàn phím, chuột,
gamepad, joystick.
DirectPlay: Khả năng kết nối mạng được cung cấp cho những hệ thống game của bạn
thông qua thành phần DirectPlay này. Những hàm phục vụ kết nối này đem đến cho
bạn khả năng phát triển ứng dụng có thể giao tiếp với bất kỳ một máy nào khác, cho
phép không chỉ một người có thể chơi game đó. DirectPlay đem đến cho bạn một giao
diện lập trình cấp cao nhằm giúp bạn tránh khỏi những vấn đề khó khăn trong quá
trình lập trình ứng dụng liên kết mạng.
DirectSound: Chức năng của DirectSound là cho phép bạn có thể tải và chơi một hoặc
nhiều file nhạc dạng WAV cũng như toàn bộ khả năng điều khiển quá trình chơi nhạc
8

DIRECTX


HỌC VIỆN AN NINH NHÂN DÂN C500

đó. Nếu bạn muốn chèn thêm các hiệu ứng âm thanh hoặc nhạc nền, bạn sẽ cần phải
sử dụng tới những hàm API do thành phần này cung cấp.
• DirectMusic: Nó có khả năng hỗ trợ hầu hết các chức năng chính của một phần mềm
chơi nhạc midi như tự chạy lại theo một qui trình đã xác lập, biến đổi âm lượng để
phù hợp với hoạt cảnh trong game, thay đổi nhịp của giai điệu và nhiều chức năng cao
cấp khác.
• DirectShow: Bạn có thể cắt một hoạt cảnh phim hoặc lồng ghép âm thanh và game của
mình thông qua thành phần này. DirectShow hỗ trợ rất nhiều định dạng file như: AVI,
MP3, MPEG , ANF, .v.v... Với DirectShow, bạn sẽ không phải tải tất cả các đối tượng
file này lên bộ nhớ, thay vào đó là truy cập trực tiếp dữ liệu trên ổ cứng hoặc CDROM.

2. Những thành phần cơ bản hiện có trong DirectX 11
• Direct2D: được sử dụng cho đồ họa 2D trong các ứng dụng Win32. Nó có khả năng
•
•
•
•

•

•

dựng hình đồ họa vector với hiệu suất cao.
DirectWrite : được sử dụng để tạo các phông chữ và vẽ chữ trong một ứng dụng
Direct2D.

DXGI (DirectX Graphics Infrastructure): tạo ra các chuỗi trao đổi Direct3D và liệt kê
các bộ chuyển đổi thiết bị.
Direct3D: được sử dụng cho tất cả các công việc về đồ họa 3D trong DirectX. Đây
cũng là bộ API mà nhận được nhiều sự chú ý và được cập nhật thường xuyên nhất.
XAudio2: là bộ API xử lý âm thanh ở mức độ thấp, đây là 1 phần của XDK (Xbox
Development Kit), và hiện nay là DirectX XDK. XAudio2 là sự thay thế DirectSound.
Các nhà phát triển sẽ sử dụng XAudio 2 nếu họ cần tạo các âm thanh hệ thống ở mức
độ thấp.
XACT3 (Microsoft Cross-Platform Audio Creation Tool 3): là bộ API xử lý âm thanh
cao cấp hơn được xây dựng dựa trên XAudio2. XACT3 cho phép các nhà phát triển
ứng dụng sử dụng Cross-Platform Audio Creation Tool để tạo ra những âm thanh ở
trong các ứng dụng của họ. Đây là một công cụ mạnh mẽ để tạo ra hệ thống âm thanh
trong các trò trơi.
XInput: là bộ API đầu vào cho XDK và Direct X SDK để xử lý đầu vào tất cả các thiết
bị điều khiển của Xbox 360. Về cơ bản, các thiết bị điều khiển có thể sử dụng cho
9
DIRECTX


HỌC VIỆN AN NINH NHÂN DÂN C500

•

•

•

III.

Xbox 360 thì cũng có thể sử dụng trên PC và XInput là bộ API làm việc với các thiết

bị này. XInput là sự thay thế cho DirectInput.
XNA Math: XNA Math không phải là một bộ API mà là một thư viện toán học tối ưu
hóa hoạt động toán học thông thường đối với video games. XNA Math sử dụng SIMD
(Single Instruction Multi Data) để thực hiện nhiều hoạt động bằng việc gọi một lệnh
duy nhất. Thư viện XNA Math có sẵn cho Xbox 360 và Windows PC.
DirectCompute: là một bộ API mới được thêm vào DirectX 11 cho phép tính toán đa
luồng trong GPU. GPU có khả năng xử lý nhiều nhiệm vụ song song ở mức độ vật lý
như: nén và giải nén video, xử lý âm thanh, và còn nhiều hơn nữa.
DirectSetup: Sau khi game của bạn đã hoàn thành, bạn sẽ muốn phát hành nó.
DirectSetup cung cấp cho bạn những chức năng giúp ứng dụng có thể tự động cài đặt
những phiên bản DirectX mới nhất lên hệ thống của người sử dụng.
Mô hình đối tượng thành phần (COM)

Các hàm DirectX API được thiết kế trên nền tảng Component Object Model (COM). Đối
tượng COM bao gồm tập hợp các giao diện nhằm cung cấp các phương thức cho những
người lập trình có thể truy cập DirectX. Đối tương COM có thể hiểu nôm na là các tệp tin
DLL đã được đăng ký với hệ thống. Đối với những đối tượng DirectX COM, quá trình này
xảy ra khi DirectX được cài đặt vào hệ thống. Mặc dù nó khá giống với các đối tượng C++,
nhưng các đối tượng COM cần thiết phải có một giao diện để truy cập tới các phương thức
bên trong nó. Đây thực sự là một thuận lợi so với cách sử dụng các đối tượng thông thường
bởi vì ta có thể xây dựng rất nhiều kiểu giao diện cho một đối tượng COM, nó rất thuận lợi
cho việc tương thích ngược (hỗ trợ các ứng dụng đã xây dựng trước đó).
Điều này được thể hiện ở việc, mỗi một phiên bản của DirectX đều chứa những giao diện mới
của DirectDraw và nó có thể truy cập thông qua các hàm API, ngoài ra nó vẫn chứa phiên bản
trước đó nên nó không hề tác động tới những mã lệnh đã được viết trước đó. Những game
được viết để sử dụng Direct7 hoàn toàn có thể hoạt động với Direct9 hay Direct11 mà không
gặp bất kỳ vấn đề gì.
Thêm một lợi điểm nữa của kỹ thuật này là các đối tượng COM có khả năng hoạt động với
rất nhiều ngôn ngữ khác chứ không phải chỉ bằng C++. Người lập trình có thể sử dụng Visual
Basic, C++ hay C# mà vẫn có thể sử dụng cùng một thư viện DirectX.

IV.

Ưu điểm của DirectX (Phiên bản DirectX 11)
1. Công nghệ đường ống DirectX 11

Điều quan trọng của API mới là khả năng chỉnh sửa nội dung, cho phép các nhà phát triển tạo
nhiều đối tượng phức tạp hơn và mang tính thực tế cao. Điều này phù hợp với sự thúc đẩy của
Microsoft trong việc cải thiện đa hướng và hiệu năng, do khuynh hướng hiện tại là xây dựng
đối tượng nhờ tăng độ phức tạp của các lưới tam giác và sau đó, giảm bớt số tam giác tùy
theo sức mạnh của hệ thống cụ thể.
10
DIRECTX


HỌC VIỆN AN NINH NHÂN DÂN C500

Để giải quyết vấn đề này triệt để, Microsoft giới thiệu 3
lớp mới trong công nghệ đường ống (pipeline) DirectX 11: Đổ bóng bề mặt (Hull Shader),
công cụ phủ Tessellator và đổ bóng vùng (Domain Shader). Trong đó, đổ bóng bề mặt và đổ
bóng vùng cũng bao gồm cả quá trình phủ Tessellator. Nếu bạn bỏ đi những công đoạn này,
bạn sẽ có cấu trúc đường ống của DirectX 10, mặc dù có vài đặc điểm nhỏ khác làm cho
chúng khác nhau về kỹ thuật.

Hình 1. Cấu tạo đường ống của Direct3D 11
Bổ sung vào 3 lớp trên, quá trình đổ bóng điểm trong cấu trúc đường ống đã có vài thay đổi,
cho phép tính toán đổ bóng (Compute Shader - CS) nhiều tác vụ đa năng. Theo ý kiến của các
nhà phát triển game và ứng dụng, CS có nhiều cách sử dụng. Chỉ cần có một cách phân luồng
cho một ứng dụng, thì sẽ có một cách dùng cho CS. (Xem hình 1)
2. Công nghệ phủ (Tessellation)

Công nghệ phủ đã xuất hiện ngay từ khi Microsoft công bố Xbox 360 vào cuối năm 2005 –
khi Xenos GPU của ATI đã có đơn vị phủ phần cứng chuyên dụng. Việc bổ sung này nhằm
cải thiện quá trình chỉnh sửa nội dung và cho phép các nhà phát triển cũng như chuyên gia đồ
họa sáng tạo nhiều đối tượng thực tế hơn và phức tạp hơn mà không cần bộ nhớ đồ họa quá
lớn.
Về cơ bản, một đối tượng khi ở xa sẽ ít chi tiết và ít các hình tam giác, nhưng khi tiến lại gần
người xem thì số lượng tam giác và chi tiết sẽ tăng theo hàm mũ. Hình ảnh đẹp chỉ khi nó
xuất toàn bộ, tổng số tam giác trung bình phải lớn hơn hằng số cho phép thì sẽ ít xuất hiện
hiện tượng dừng hình, nhảy hình trong lúc hiển thị.
11
DIRECTX


HỌC VIỆN AN NINH NHÂN DÂN C500

Hình 2. Tạo đối tượng với cấu trúc đường ống hiện tại
Theo truyền thống, việc tạo đối tượng bắt đầu từ mô hình khung Sub-D, đến hoạt cảnh và ánh
xạ phủ bề mặt trước khi một lưới đa giác áp dụng nó. Một khi lưới đã được áp dụng, nó được
chia lại nhiều cấp bậc chi tiết (LOD – Level Of Detail) trước khi được gửi đến GPU. Các cấp
bậc khác nhau có thể được sử dụng cho những lớp khác nhau của phần cứng hoặc chúng có
thể được dùng khi nhân vật hay đối tượng của nội dung xa màn hình, bổ sung nhiều chi tiết
hơn cho người xem, nhưng tốn càng ít “công sức” càng tốt. (Xem hình 2)
Microsoft và AMD cho rằng Tessellator của Xbox 360 và cả Radeon HD 2000/3000/4000
đều không tương thích với DirectX 11, nhưng Tessellator của DirectX 11 có thể tương thích
với tất cả các phần cứng khác đang có mặt trên thị trường. Tuy nhiên, một điểm tiến bộ là
công cụ phủ của Radeon HD 4000 đã có vài thay đổi, cho phép lập trình viên truy xuất vào
tính năng trong ứng dụng của DirectX 10 – Điều này là một bước phát triển so với đơn vị phủ
trong của GPU dòng HD 2000 và 3000.
Mặc dù các nhà phát triển không thích dùng Tessellator cho các ứng dụng ra đời ngày nay,
công nghệ phủ của RV7xx đã tỏ ra là một nền tảng hữu dụng vì nó cho phép các nhà phát

triển và chuyên gia đồ họa làm thí nghiệm với công nghệ phủ trong một môi trường lập trình
12
DIRECTX


HỌC VIỆN AN NINH NHÂN DÂN C500

khá giống DirectX 11. Nói tóm lại, công nghệ đường ống đồ họa DirectX 11 là một tập hợp
mẹ của DirectX 10 mà sự bổ sung chủ yếu là công nghệ phủ.

Hình 3. Hull Shader trong tiến trình
Tuy công cụ phủ DirectX 11 mạnh mẽ và linh hoạt hơn các thành phần phủ của GPU AMD
gần đây (bao gồm cả Xenos). Nhưng thật sự, Tessellator vẫn không thể lập trình được mà chỉ
dựa vào thành phần Hull Shader (đổ bóng bề mặt) để được cung cấp thông tin phù hợp và sau
đó, Domain Shader nhận dữ liệu phủ và xuất ra các đỉnh trước khi nó chuyển xuống các phần
tiếp theo của cấu trúc đường ống.
3. Công nghệ phủ có cả trong Hull Shader và Domain Shader

Hull Shader là nơi tiến trình phủ một đối tượng được thiết lập – nó điều khiển các điểm của
mảng rồi sau đó tính toán cấp độ phủ yêu cầu. Sau bước chuyển đổi cơ bản, các điểm điều
khiển sẽ được chuyển vào Domain Shader – bộ phận phủ không thấy được các điểm điều
khiển.
Thay vào đó, công cụ phủ Tessellator được cung cấp một số TessFactor, về cơ bản sẽ cho biết
cấp độ phủ được yêu cầu trên một miếng khảm cụ thể. Hull Shader cũng báo cho bộ phận phủ
phương thức (mode) mà nó nên thực hiện – nhà phát triển có thể định rõ cách mà tiến trình
phủ thực hiện công việc (mặc dù đơn vị phủ là tính năng cố định, nhưng có vài phương thức
để lựa chọn)
13
DIRECTX

HỌC VIỆN AN NINH NHÂN DÂN C500

Sau đó, Tessellator nhận những gì được cung cấp bởi Hull Shader rồi kết hợp các mảng để
tạo yêu cầu hình học bổ sung. Khi quá trình này hoàn thành, các điểm vùng (domain point) và
dữ liệu hình học sẽ xuất hiện. (Xem các hình 3, 4,5)

Hình 4. Hoạt động của công cụ phủ cố định Tessellator

14
DIRECTX


HỌC VIỆN AN NINH NHÂN DÂN C500

Hình 5. Hoạt động của Domain Shader
Các điểm vùng được chuyển xuống Domain Shader (làm việc trên từng điểm cơ bản), khi đó
bộ phận này sẽ nhận điểm vùng và tạo đỉnh cho các giai đoạn tiếp theo. Trong khi đó, dữ liệu
hình học đi thẳng xuống lớp gốc của đường ống – lý do là dữ liệu này không cần đổ bóng,
nhưng lại cần chuyển đổi. (Xem hình 6)
Điều quan trọng ở đây là cả lớp phủ của đường ống không làm việc với các tam giác mà chỉ
làm việc với các miếng khảm và điểm. Các miếng khảm sẽ mô tả đường cong hoặc vùng bề
mặt bởi 4 cạnh. Tất nhiên, các mảng có thể được mô tả với những tam giác, nhưng điều đó
không phổ biến, vì hầu hết các ứng dụng chỉnh sửa 3D đều làm việc với 4 cạnh. Đây là lần
đầu tiên DirectX không làm việc với tam giác, đó là một bước tiến đáng kể.
Tất cả những đặc điểm mô tả trên là bước tiến rõ rệt trong công nghệ đường ống của DirectX
11, hứa hẹn sẽ mang đến hiệu quả không ngờ khi bổ sung thật nhiều chi tiết cho công nghệ
game tương lai. Tất nhiên, các nhà phát triển không phải sử dụng lớp này của đường ống nếu
họ không muốn.
4. Bộ đổ bóng Compute Shader

15
DIRECTX


HỌC VIỆN AN NINH NHÂN DÂN C500

Compute Shader sẽ nhận dữ liệu từ Pixel Shader. Bộ đổ bóng tính toán mới này hỗ trợ tốt hơn
cho nhiều hãng phần cứng khác nhau, gia tăng khả năng lập trình cho các GPU đa năng
(GPGPU – General Purpose GPU) mà NVIDIA và AMD đang tích cực cải tiến trong những
năm gần đây. Nhờ cải tiến Compute Shader, ngoài việc dựng hình, các GPU giờ đây thực
hiện cả những tính toán khác, chẳng hạn như tạo hiệu ứng bóng mờ.
Microsoft cho rằng các nhà phát triển sẽ cảm thấy dễ dàng hơn trong việc phát triển các ứng
dụng game trong khi các phần cứng được tận dụng hết khả năng. Dự kiến, bộ phát triển phần
mềm (Software Development Kit) sẽ được Microsoft phát hành trong thời gian tới.
5. Hỗ trợ đa luồng

Mặc dù kỹ thuật đa luồng (multi-threading) không còn mới trong công nghệ đường ống đồ
họa nhưng đây là tính năng quan trọng cho DirectX 11. Thậm chí, nó trở nên quan trọng hơn
khi sử dụng phần cứng DirectX10 cũng như cập nhật trình điều khiển (driver).
CPU 2 nhân là xu thế hiện nay và 4 nhân bây giờ không còn là lựa chọn quá đắt cho game thủ
hay những chuyên gia đồ họa; trong tương lai, 4 nhân sẽ thay thế 2 nhân như một xu thế tất
yếu. Điều đáng ngạc nhiên là DirectX vẫn chưa thể xử lý đa luồng. Để “che đậy’” thiếu sót
này, cả AMD và NVIDIA đưa ra các trình điều khiển đa luồng, nhưng thành công còn hạn
chế vì bản chất API là đơn luồng. API của DirectX 11 đem lại cho lập trình viên khả năng
điều khiển GPU từ CPU đa nhân. Những thay đổi trong mô hình API và mô hình trình điều
khiển của DirectX 11 đã cải thiện việc tính toán của CPU. Việc truy cập các thiết bị không
đồng bộ giờ đây đã được thực hiện thông qua hai tính năng chính của đối tượng thiết bị trong
thư viện Direct3D 11.
Cách để Microsoft đạt được điều này là tách một thiết bị Direct3D thành 3 giao diện riêng

biệt: giao diện ngữ cảnh thiết bị (Device Context), giao diện ngữ cảnh trực tiếp (Immediate
Context) và giao diện ngữ cảnh trì hoãn (Deferred Context). Immediate Context có một luồng
trong khi giao diện Device Context và Deferred Context thì có nhiều luồng hơn, được chỉ
định xếp hàng các tác vụ cho Immediate Context hoặc Render.
Mỗi giao diện thiết bị có thể tải luồng tài nguyên khi và chỉ khi nó cần, trong khi giao diện
ngữ cảnh trì hoãn (Deferred Context interface) hoạt động như một ngữ cảnh thiết bị đơn
luồng cho các toán tử dựng hình tương lai, nó xếp hàng các lệnh gọi (hoặc Display Lists)
trước khi chuyển chúng vào giao diện ngữ cảnh trực tiếp.
Khi muốn tối ưu hoá phần cứng hỗ trợ DirectX 10, giao diện ngữ cảnh trì hoãn sẽ cần lập
trình trên phần mềm thay vì phần cứng. Vì thế, giao diện ngữ cảnh trì hoãn sẽ không được
chia luồng tự do trên phần cứng DirectX 10 và một luồng chuyên dụng sẽ phải được chỉ định
đến ngữ cảnh trì hoãn ở cấp độ API.
6. Liên kết đổ bóng động (Dynamic Shader Linkage)

Một trong những vấn đề mà các nhà lập trình game đối mặt hiện nay là sự mở rộng và tính
linh hoạt đổ bóng quá phức tạp. Ví dụ, nếu trong vài trường hợp cần nhiều shader thì một
16
DIRECTX


HỌC VIỆN AN NINH NHÂN DÂN C500

Uber Shader lớn thường được dùng vì nó kết nối được tất cả các shader cần thiết vào trong
một đoạn mã (code), tối giản lập trình.

Hình 6. Tạo đối tượng với cấu trúc đường ống mới
Tuy nhiên, việc tối giản lập trình theo hướng này lại làm cho việc đổ bóng phức tạp vô cùng,
nó không chỉ kém hiệu quả hơn các shader riêng lẻ mà còn khó bẫy lỗi. Giải pháp viết các
shader chuyên dụng không những phù hợp cho tất cả các trường hợp mà còn phù hợp cho các
lớp khác nhau của phần cứng. Giải pháp này lại trở nên phức tạp và tốn nhiều chi phí liên

quan đến việc chuyển đổi các shader, vì vậy Uber shader là một tuỳ chọn dễ dàng nhất cho
nhà lập trình trong viết mã dù chưa phải lý tưởng.
Microsoft tin rằng câu trả lời cho vấn đề này là các thủ tục con (subroutine), cho phép các nhà
lập trình liên kết các shader với nhau, các nhà lập trình có thể tạo các shader chuyên dụng cho
các lớp khác nhau của phần cứng được chỉ định, trong khi đó lại giảm phần lớn việc sử dụng
thanh ghi so với việc dùng một shader đơn lẻ để điều khiển tất cả. Hi vọng rằng, điều này làm
cho các nhà lập trình có hứng thú hơn khi viết shader, nhưng không có nghĩa là sẽ ảnh hưởng
trực tiếp đến chất lượng hình ảnh mà cụ thể là chất lượng đổ bóng.
7. Cải thiện nén kết cấu (Texture Compression)
17
DIRECTX


HỌC VIỆN AN NINH NHÂN DÂN C500

Đã lâu kể từ khi Microsoft nâng cấp thuật toán nén kết cấu của DirectX, giờ đây Microsoft
lưu ý đến những thiếu sót của việc hỗ trợ cho các định dạng kết cấu HDR (High Dynamic
Range), khi đa kết cấu không chú ý đến giải pháp nén gốc.
Để bổ sung những gì cần thiết, Direct3D 11 sẽ giới thiệu 2 định dạng kết cấu mới là BC6
(hay BC6H) và BC7. BC6 là một kết cấu định dạng cao nhưng chỉ tiếc là mất dữ liệu gốc khi
nén, thay vào đó, nó hỗ trợ công nghệ nén 6:1 với tốc độ 16bpc (bits per channel), điều này
mang lại hiệu quả nhưng chất lượng kết cấu chưa cao trong trường hợp sử dụng mở rộng dải
sáng có độ nhạy cao (high-dynamic) và không thật sự còn nguyên gốc.
Bên cạnh đó, BC7 là một định dạng kết cấu LDR (Low Dynamic Range), hỗ trợ tỷ lệ nén 3:1
RGB. BC7 có thể được sử dụng với chất lượng giảm nhẹ (4:1 và 3:1 như đã nói ở trên) nhưng
vẫn đảm bảo ở mức cao.
Hơn nữa, Microsoft cho rằng, giải nén kết cấu trong DirectX 11 phải được làm theo cách
hoàn toàn chính xác với thông số kỹ thuật của API thì chất lượng giải nén kết cấu mới tăng
lên nhiều. Cho đến khi DirectX 11 xuất hiện, vẫn còn thời gian cho các hãng cung cấp phần
cứng điều chỉnh cách mà phần cứng hỗ trợ DirectX 10 (và các DirectX cũ hơn) điều khiển

giải nén kết cấu.

18
DIRECTX


HỌC VIỆN AN NINH NHÂN DÂN C500

V.

Ví dụ mô phỏng

1. Xây dựng thư viện DDSTextureLoader.h
//-----------------------------------------------------------------------------------// File: DDSTextureLoader.h
//
// Functions for loading a DDS texture and creating a Direct3D 11 runtime resource for it
//
// Note these functions are useful as a light-weight runtime loader for DDS files. For
// a full-featured DDS file reader, writer, and texture processing pipeline see
// the 'Texconv' sample and the 'DirectXTex' library.
//
// THIS CODE AND INFORMATION IS PROVIDED "AS IS" WITHOUT WARRANTY OF
// ANY KIND, EITHER EXPRESSED OR IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO
// THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND/OR FITNESS FOR A
// PARTICULAR PURPOSE.
//-----------------------------------------------------------------------------------#ifdef _MSC_VER
#pragma once
#endif
#if defined(_XBOX_ONE) && defined(_TITLE)
#include <d3d11_x.h>

#define DCOMMON_H_INCLUDED
#define NO_D3D11_DEBUG_NAME
#else
#include <d3d11_1.h>
#endif
#pragma warning(push)
#pragma warning(disable : 4005)
#include <stdint.h>
#pragma warning(pop)
#if defined(_MSC_VER) && (_MSC_VER<1610) && !defined(_In_reads_)
#define _In_reads_(exp)
#define _Out_writes_(exp)
#define _In_reads_bytes_(exp)
#define _In_reads_opt_(exp)
#define _Outptr_opt_
#endif
#ifndef _Use_decl_annotations_
19
DIRECTX


HỌC VIỆN AN NINH NHÂN DÂN C500

#define _Use_decl_annotations_
#endif
namespace DirectX
{
enum DDS_ALPHA_MODE
{
DDS_ALPHA_MODE_UNKNOWN

= 0,
DDS_ALPHA_MODE_STRAIGHT = 1,
DDS_ALPHA_MODE_PREMULTIPLIED = 2,
DDS_ALPHA_MODE_OPAQUE
= 3,
DDS_ALPHA_MODE_CUSTOM
= 4,
};
// Standard version
HRESULT CreateDDSTextureFromMemory( _In_ ID3D11Device* d3dDevice,
_In_reads_bytes_(ddsDataSize) const uint8_t* ddsData,
_In_ size_t ddsDataSize,
_Outptr_opt_ ID3D11Resource** texture,
_Outptr_opt_ ID3D11ShaderResourceView** textureView,
_In_ size_t maxsize = 0,
_Out_opt_ DDS_ALPHA_MODE* alphaMode = nullptr
);
HRESULT CreateDDSTextureFromFile( _In_ ID3D11Device* d3dDevice,
_In_z_ const wchar_t* szFileName,
_Outptr_opt_ ID3D11Resource** texture,
_Outptr_opt_ ID3D11ShaderResourceView** textureView,
_In_ size_t maxsize = 0,
_Out_opt_ DDS_ALPHA_MODE* alphaMode = nullptr
);
// Standard version with optional auto-gen mipmap support
HRESULT CreateDDSTextureFromMemory( _In_ ID3D11Device* d3dDevice,
_In_opt_ ID3D11DeviceContext* d3dContext,
_In_reads_bytes_(ddsDataSize) const uint8_t* ddsData,
_In_ size_t ddsDataSize,
_Outptr_opt_ ID3D11Resource** texture,

_Outptr_opt_ ID3D11ShaderResourceView** textureView,
_In_ size_t maxsize = 0,
_Out_opt_ DDS_ALPHA_MODE* alphaMode = nullptr
);
HRESULT CreateDDSTextureFromFile( _In_ ID3D11Device* d3dDevice,
20
DIRECTX


HỌC VIỆN AN NINH NHÂN DÂN C500

_In_opt_ ID3D11DeviceContext* d3dContext,
_In_z_ const wchar_t* szFileName,
_Outptr_opt_ ID3D11Resource** texture,
_Outptr_opt_ ID3D11ShaderResourceView** textureView,
_In_ size_t maxsize = 0,
_Out_opt_ DDS_ALPHA_MODE* alphaMode = nullptr
);
// Extended version
HRESULT CreateDDSTextureFromMemoryEx( _In_ ID3D11Device* d3dDevice,
_In_reads_bytes_(ddsDataSize) const uint8_t* ddsData,
_In_ size_t ddsDataSize,
_In_ size_t maxsize,
_In_ D3D11_USAGE usage,
_In_ unsigned int bindFlags,
_In_ unsigned int cpuAccessFlags,
_In_ unsigned int miscFlags,
_In_ bool forceSRGB,
_Outptr_opt_ ID3D11Resource** texture,
_Outptr_opt_ ID3D11ShaderResourceView** textureView,

_Out_opt_ DDS_ALPHA_MODE* alphaMode = nullptr
);
HRESULT CreateDDSTextureFromFileEx( _In_ ID3D11Device* d3dDevice,
_In_z_ const wchar_t* szFileName,
_In_ size_t maxsize,
_In_ D3D11_USAGE usage,
_In_ unsigned int bindFlags,
_In_ unsigned int cpuAccessFlags,
_In_ unsigned int miscFlags,
_In_ bool forceSRGB,
_Outptr_opt_ ID3D11Resource** texture,
_Outptr_opt_ ID3D11ShaderResourceView** textureView,
_Out_opt_ DDS_ALPHA_MODE* alphaMode = nullptr
);
// Extended version with optional auto-gen mipmap support
HRESULT CreateDDSTextureFromMemoryEx( _In_ ID3D11Device* d3dDevice,
_In_opt_ ID3D11DeviceContext* d3dContext,
_In_reads_bytes_(ddsDataSize) const uint8_t* ddsData,
_In_ size_t ddsDataSize,
_In_ size_t maxsize,
_In_ D3D11_USAGE usage,
_In_ unsigned int bindFlags,
21
DIRECTX


HỌC VIỆN AN NINH NHÂN DÂN C500

_In_ unsigned int cpuAccessFlags,
_In_ unsigned int miscFlags,

_In_ bool forceSRGB,
_Outptr_opt_ ID3D11Resource** texture,
_Outptr_opt_ ID3D11ShaderResourceView** textureView,
_Out_opt_ DDS_ALPHA_MODE* alphaMode = nullptr
);

}

HRESULT CreateDDSTextureFromFileEx( _In_ ID3D11Device* d3dDevice,
_In_opt_ ID3D11DeviceContext* d3dContext,
_In_z_ const wchar_t* szFileName,
_In_ size_t maxsize,
_In_ D3D11_USAGE usage,
_In_ unsigned int bindFlags,
_In_ unsigned int cpuAccessFlags,
_In_ unsigned int miscFlags,
_In_ bool forceSRGB,
_Outptr_opt_ ID3D11Resource** texture,
_Outptr_opt_ ID3D11ShaderResourceView** textureView,
_Out_opt_ DDS_ALPHA_MODE* alphaMode = nullptr
);
2. Xây dựng thư viện Resource.h

//{{NO_DEPENDENCIES}}
// Microsoft Visual C++ generated include file.
// Used by Tutorial07.rc
//
#define IDS_APP_TITLE
103
#define IDR_MAINFRAME

128
#define IDD_TUTORIAL1_DIALOG
102
#define IDD_ABOUTBOX
103
#define IDM_ABOUT
104
#define IDM_EXIT
105
#define IDI_TUTORIAL1
107
#define IDI_SMALL
108
#define IDC_TUTORIAL1
109
#define IDC_MYICON
2
#define IDC_STATIC
-1
// Next default values for new objects
//
#ifdef APSTUDIO_INVOKED
#ifndef APSTUDIO_READONLY_SYMBOLS
#define
#define
#define
#define
#define
#endif
#endif

_APS_NO_MFC
_APS_NEXT_RESOURCE_VALUE
_APS_NEXT_COMMAND_VALUE
_APS_NEXT_CONTROL_VALUE
_APS_NEXT_SYMED_VALUE

130
129
32771
1000
110

22
DIRECTX


HỌC VIỆN AN NINH NHÂN DÂN C500

3. Ảnh bitmap seafloor.dds

4. Xây dựng DDSTextureLoader.cpp
//-----------------------------------------------------------------------------------// File: DDSTextureLoader.cpp
//
// Functions for loading a DDS texture and creating a Direct3D 11 runtime resource for it
//
// Note these functions are useful as a light-weight runtime loader for DDS files. For
// a full-featured DDS file reader, writer, and texture processing pipeline see
// the 'Texconv' sample and the 'DirectXTex' library.
//

// THIS CODE AND INFORMATION IS PROVIDED "AS IS" WITHOUT WARRANTY OF
// ANY KIND, EITHER EXPRESSED OR IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO
// THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND/OR FITNESS FOR A
// PARTICULAR PURPOSE.
//-----------------------------------------------------------------------------------#include <assert.h>
#include <algorithm>
#include <memory>
23
DIRECTX


HỌC VIỆN AN NINH NHÂN DÂN C500

#include "DDSTextureLoader.h"
#if !defined(NO_D3D11_DEBUG_NAME) && ( defined(_DEBUG) || defined(PROFILE) )
#pragma comment(lib,"dxguid.lib")
#endif
using namespace DirectX;
//-----------------------------------------------------------------------------------// Macros
//-----------------------------------------------------------------------------------#ifndef MAKEFOURCC
#define MAKEFOURCC(ch0, ch1, ch2, ch3)
\
((uint32_t)(uint8_t)(ch0) | ((uint32_t)(uint8_t)(ch1) << 8) |
\
((uint32_t)(uint8_t)(ch2) << 16) | ((uint32_t)(uint8_t)(ch3) << 24 ))
#endif /* defined(MAKEFOURCC) */
//-----------------------------------------------------------------------------------// DDS file structure definitions
//
// See DDS.h in the 'Texconv' sample and the 'DirectXTex' library
//-----------------------------------------------------------------------------------#pragma pack(push,1)

const uint32_t DDS_MAGIC = 0x20534444; // "DDS "
struct DDS_PIXELFORMAT
{
uint32_t size;
uint32_t flags;
uint32_t fourCC;
uint32_t RGBBitCount;
uint32_t RBitMask;
uint32_t GBitMask;
uint32_t BBitMask;
uint32_t ABitMask;
};
#define DDS_FOURCC 0x00000004 // DDPF_FOURCC
#define DDS_RGB
0x00000040 // DDPF_RGB
#define DDS_LUMINANCE 0x00020000 // DDPF_LUMINANCE
#define DDS_ALPHA
0x00000002 // DDPF_ALPHA
#define DDS_HEADER_FLAGS_VOLUME

0x00800000 // DDSD_DEPTH
24
DIRECTX


HỌC VIỆN AN NINH NHÂN DÂN C500

#define DDS_HEIGHT 0x00000002 // DDSD_HEIGHT
#define DDS_WIDTH 0x00000004 // DDSD_WIDTH
#define DDS_CUBEMAP_POSITIVEX 0x00000600 // DDSCAPS2_CUBEMAP |

DDSCAPS2_CUBEMAP_POSITIVEX
#define DDS_CUBEMAP_NEGATIVEX 0x00000a00 // DDSCAPS2_CUBEMAP |
DDSCAPS2_CUBEMAP_NEGATIVEX
#define DDS_CUBEMAP_POSITIVEY 0x00001200 // DDSCAPS2_CUBEMAP |
DDSCAPS2_CUBEMAP_POSITIVEY
#define DDS_CUBEMAP_NEGATIVEY 0x00002200 // DDSCAPS2_CUBEMAP |
DDSCAPS2_CUBEMAP_NEGATIVEY
#define DDS_CUBEMAP_POSITIVEZ 0x00004200 // DDSCAPS2_CUBEMAP |
DDSCAPS2_CUBEMAP_POSITIVEZ
#define DDS_CUBEMAP_NEGATIVEZ 0x00008200 // DDSCAPS2_CUBEMAP |
DDSCAPS2_CUBEMAP_NEGATIVEZ
#define DDS_CUBEMAP_ALLFACES ( DDS_CUBEMAP_POSITIVEX |
DDS_CUBEMAP_NEGATIVEX |\
DDS_CUBEMAP_POSITIVEY | DDS_CUBEMAP_NEGATIVEY |\
DDS_CUBEMAP_POSITIVEZ | DDS_CUBEMAP_NEGATIVEZ )
#define DDS_CUBEMAP 0x00000200 // DDSCAPS2_CUBEMAP
enum DDS_MISC_FLAGS2
{
DDS_MISC_FLAGS2_ALPHA_MODE_MASK = 0x7L,
};
struct DDS_HEADER
{
uint32_t
size;
uint32_t
flags;
uint32_t
height;
uint32_t
width;

uint32_t
pitchOrLinearSize;
uint32_t
depth; // only if DDS_HEADER_FLAGS_VOLUME is set in flags
uint32_t
mipMapCount;
uint32_t
reserved1[11];
DDS_PIXELFORMAT ddspf;
uint32_t
caps;
uint32_t
caps2;
uint32_t
caps3;
uint32_t
caps4;
uint32_t
reserved2;
25
DIRECTX