[硬件扫盲]显卡达人修炼计划

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API篇
首先解释下API：是Application Programming Interface应用程序接口的缩写，是许多程序的大集合。3D API能让编程人员所设计的3D软件只要调用其API内的程序，从而让API自动和硬件的驱动程序沟通，启动3D芯片内强大的3D图形处理功能，从而大幅度地提高了3D程序的设计效率。目前普遍应用的3D API有DirectX、OpenGL、Glide、Heidi。

[1.1] OpenGL

OpenGL是个专业的3D程序接口，是一个功能强大，调用方便的底层3D图形库。OpenGL的前身是SGI公司为其图形工作站开发的IRIS GL。IRIS GL是一个工业标准的3D图形软件接口，功能虽然强大但是移植性不好，于是SGI公司便在IRIS GL的基础上开发了OpenGL。OpenGL的英文全称是“Open Graphics Library”，顾名思义，OpenGL便是“开放的图形程序接口”。虽然DirectX在家用市场全面领先，但在专业高端绘图领域，OpenGL是不能被取代的主角。

OpenGL是个与.硬件无关的软件接口，可以在不同的平台如Windows 95、Windows NT、Unix、Linux、MacOS、OS／2之间进行移植。因此，支持OpenGL的软件具有很好的移植性，可以获得非常广泛的应用。由于OpenGL是3D图形的底层图形库，没有提供几何实体图元，不能直接用以描述场景。但是，通过一些转换程序，可以很方便地将AutoCAD、3DS等3D图形设计软件制作的DFX和3DS模型文件转换成OpenGL的顶点数组。

在OpenGL的基础上还有Open Inventor、Cosmo3D、Optimizer等多种高级图形库，适应不同应用。其中，Open Inventor应用最为广泛。该软件是基于OpenGL面向对象的工具包，提供创建交互式3D图形应用程序的对象和方法，提供了预定义的对象和用于交互的事件处理模块，创建和编辑3D场景的高级应用程序单元，有打印对象和用其它图形格式交换数据的能力。

OpenGL的发展一直处于一种较为迟缓的态势，每次版本的提高新增的技术很少，大多只是对其中部分做出修改和完善。1992年7月，SGI公司发布了OpenGL的1.0版本，随后又与微软公司共同开发了Windows NT版本的OpenGL，从而使一些原来必须在高档图形工作站上运行的大型3D图形处理软件也可以在微机上运用。1995年OpenGL的1.1版本面市，该版本比1.0的性能有许多提高，并加入了一些新的功能。其中包括改进打印机支持，在增强元文件中包含OpenGL的调用，顶点数组的新特性，提高顶点位置、法线、颜色、色彩指数、纹理坐标、多边形边缘标识的传输速度，引入了新的纹理特性等等。OpenGL 1.5又新增了“OpenGL Shading Language”，该语言是“OpenGL 2.0”的底核，用于着色对象、顶点着色以及片断着色技术的扩展功能。

OpenGL 2.0标准的主要制订者并非原来的SGI，而是逐渐在ARB中占据主动地位的3Dlabs。2.0版本首先要做的是与旧版本之间的完整兼容性，同时在顶点与像素及内存管理上与DirectX共同合作以维持均势。OpenGL 2.0将由OpenGL 1.3的现有功能加上与之完全兼容的新功能所组成(如图一)。借此可以对在ARB停滞不前时代各家推出的各种纠缠不清的扩展指令集做一次彻底的精简。此外，硬件可编程能力的实现也提供了一个更好的方法以整合现有的扩展指令。

目前，随着DirectX的不断发展和完善，OpenGL的优势逐渐丧失，至今虽然已有3Dlabs提倡开发的2.0版本面世，在其中加入了很多类似于DirectX中可编程单元的设计，但厂商的用户的认知程度并不高，未来的OpenGL发展前景迷茫。

[1.2 ]DirectX

DirectX并不是一个单纯的图形API，它是由微软公司开发的用途广泛的API，它包含有Direct Graphics(Direct 3D Direct Draw)、Direct Input、Direct Play、Direct Sound、Direct Show、Direct Setup、Direct Media Objects等多个组件，它提供了一整套的多媒体接口方案。只是其在3D图形方面的优秀表现，让它的其它方面显得暗淡无光。DirectX开发之初是为了弥补Windows 3.1系统对图形、声音处理能力的不足，而今已发展成为对整个多媒体系统的各个方面都有决定性影响的接口。

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DirectX 1.0
第一代的DirectX很不成功，推出时众多的硬件均不支持，当时基本都采用专业图形API－OpenGL，缺乏硬件的支持成了其流行的最大障碍。
DirectX 1.0版本是第一个可以直接对硬件信息进行读取的程序。它提供了更为直接的读取图形硬件的性能（比如：显示卡上的块移动功能）以及基本的声音和输入设备功能（函数），使开发的游戏能实现对二维（2D）图像进行加速。这时候的DirectX不包括现在所有的3D功能，还处于一个初级阶段。

DirectX 2.0
DirectX 2.0在二维图形方面做了些改进，增加了一些动态效果，采用了Direct 3D的技术。这样DirectX 2.0与DirectX 1.0有了相当大的不同。在DirectX 2.0中，采用了“平滑模拟和RGB模拟”两种模拟方式对三维(3D)图像进行加速计算的。DirectX 2.0同时也采用了更加友好的用户设置程序并更正了应用程序接口的许多问题。从DirectX 2.0开始，整个DirectX的设计架构雏形就已基本完成。

DirectX 3.0
DirectX 3.0的推出是在1997年最后一个版本的Windows95发布后不久，此时3D游戏开始深入人心，DirectX也逐渐得到软硬件厂商的认可。97年时应用程序接口标准共有三个，分别是专业的OpenGL接口，微软的DirectX D接口和3DFX公司的Glide接口。而那时的3DFX公司是最为强大的显卡制造商，它的Glide接口自然也受到最广泛的应用，但随着3DFX公司的没落，Voodoo显卡的衰败，Glide接口才逐渐消失了。

DirectX 3.0是DirectX 2.0的简单升级版，它对DirectX 2.0的改动并不多。包括对DirectSound（针对3D声音功能）和DirectPlay（针对游戏/网络）的一些修改和升级。DirectX 3.0集成了较简单的3D效果，还不是很成熟。

DirectX 5.0
微软公司并没有推出DirectX 4.0，而是直接推出了DirectX 5.0。此版本对Direct3D做出了很大的改动，加入了雾化效果、Alpha混合等3D特效，使3D游戏中的空间感和真实感得以增强，还加入了S3的纹理压缩技术。
同时，DirectX 5.0在其它各组件方面也有加强，在声卡、游戏控制器方面均做了改进，支持了更多的设备。因此，DirectX发展到DirectX 5.0才真正走向了成熟。此时的DirectX性能完全不逊色于其它3D API，而且大有后来居上之势。

DirectX 6.0
DirectX 6.0推出时，其最大的竞争对手之一Glide，已逐步走向了没落，而DirectX则得到了大多数厂商的认可。DirectX 6.0中加入了双线性过滤、三线性过滤等优化3D图像质量的技术，游戏中的3D技术逐渐走入成熟阶段。

DirectX 7.0
DirectX 7.0最大的特色就是支持T&L，中文名称是“坐标转换和光源”。3D游戏中的任何一个物体都有一个坐标，当此物体运动时，它的坐标发生变化，这指的就是坐标转换；3D游戏中除了场景＋物体还需要灯光，没有灯光就没有3D物体的表现，无论是实时3D游戏还是3D影像渲染，加上灯光的3D渲染是最消耗资源的。虽然OpenGL中已有相关技术，但此前从未在民用级硬件中出现。

在T&L问世之前，位置转换和灯光都需要CPU来计算，CPU速度越快，游戏表现越流畅。使用了T&L功能后，这两种效果的计算用显示卡的GPU来计算，这样就可以把CPU从繁忙的劳动中解脱出来。换句话说，拥有T&L显示卡，使用DirectX 7.0，即使没有高速的CPU，同样能流畅的跑3D游戏。

DirectX 8.0
DirectX 8.0的推出引发了一场显卡革命，它首次引入了“像素渲染”概念，同时具备像素渲染引擎(Pixel Shader)与顶点渲染引擎(Vertex Shader)，反映在特效上就是动态光影效果。同硬件T&L仅仅实现的固定光影转换相比，VS和PS单元的灵活性更大，它使GPU真正成为了可编程的处理器。这意味着程序员可通过它们实现3D场景构建的难度大大降低。通过VS和PS的渲染，可以很容易的宁造出真实的水面动态波纹光影效果。此时DirectX的权威地位终于建成。

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DirectX 9.0
2002年底，微软发布DirectX9.0。DirectX 9中PS单元的渲染精度已达到浮点精度，传统的硬件T&L单元也被取消。全新的VertexShader(顶点着色引擎)编程将比以前复杂得多，新的VertexShader标准增加了流程控制，更多的常量，每个程序的着色指令增加到了1024条。


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