微軟在2009年8月的DirectXSDK中發布了DirectX的正式版本。基於對DirectX的一貫興趣，我把DirectX Graphics的文檔邊看邊譯為中文。也算是一份學習筆記吧。
眾所周知，Direct3D是在Windows平台上開發實時3D應用的軟件開發接口。隨着Windows操作系統的升級，Direct3D的版本也隨着升級。WindowsXP對應Direct3D9的各個版本，Vista對應D3D10，10.1，Windows7則對應D3D11。所以在XP平台上是沒法做D3D10及以上的開發了。不過看起來因為Win7實際上是Vista的一個升級，所以微軟也准備在Vista上支持D3D11。
D3D11是D3D10的一個超集，即它包含了D3D10的所有功能，並在其渲染管線上添加了一些新的特性。根據官方的文檔，D3D11的新特性包括：
ComputerShader（計算着色器）
計算着色器能把GPU當成一種通用功能的並行處理器來使用。其實在D3D9時代就已經可以應用GPU來進行GP（General-Purpose）計算了，只不過那時候需要使用一些特殊的手段來處理（比如將數據包裝成“紋理”）。在D3D11中專門實現了這樣一個着色器階段來支持GP計算，應該使得開發這類應用更為方便一些了。（參考NVIDIA的CUDA 技術以及OpenCL標准）
雖然計算着色器也是通過D3DDevice進行訪問的，並能和其他的圖形着色器共享內存資源，但它並不直接連接到其他的着色器階段上面。這大概是因為ComputerShader並不直接與圖形渲染功能相關吧。
Dynamic Shader Linkage（動態着色器鏈接）
D3D11包含的SM5（Shader Model規范）支持面向對象語言的構建方式，並支持運行時的着色器鏈接。
多線程（Multithreading）
隨着CPU的多核化趨勢漸漸普及，D3DAPI對多線程的支持勢在必行。D3D11對多線程提供了這樣的功能支持：
- 並發的對象創建 - 可以在多個線程中並發地進行對象（資源、着色器等）的創建。
- 在多線程中創建命令列表 - 命令列表是一個記錄了圖形處理命令的序列。在D3D11中，可以在多個線程中創建命令列表，然后又主渲染線程來發送這個命令列表到渲染硬件。
Tessellation（細分）
細分技術使得能夠用不同的精度等級（LOD，Level of detail）來渲染一個模型。GPU可以根據所需的LOD來處理輸入的模型，以得到相應負責度的實際模型。這項技術可以大大減少內存帶寬對三角形數量的限制。這項技術通過兩個新的着色器階段來實現：Hull Shader（殼着色器）和Domain Shader（域着色器）。
除了上面的4項主要的特性外，D3D11還支持：
- 通過在創建Device的時候指定特性等級（feature level），D3D11可以在低於等級的硬件（即不完全支持D3D11規格的硬件）上運行。
- ShaderModel 5
- 大內存支持 支持超過4GB的資源。
- …(有待深入了解)
DirectX11 不但包含了新的Direct3D 11。 還引入了兩個新的圖形組件： Direct2D和DirectWrite。
Direct2D是一套硬件加速的、立即模式的2D圖形繪制接口。（是用來取代GDI，GDI+，DirectDraw嗎？） 它能高性能、高質量地繪制2D圖形、位圖以及文本。D2D能與D3D及GDI良好地互操作。
DirectWrite支持高質量的文本渲染，與分辨率無關的字體輪廓線繪制，全unicode文本支持及布局處理等等。
在D3D API 中， Device（設備）是一個核心的概念，Device是對一個圖形硬件的抽象，它負責創建和銷毀其他的對象，渲染圖元等功能。D3D11中，Device對象主要用來管理資源，而DeviceContext對象執行渲染操作。一個對象只能被創建它的Device使用。多個Device可以通過共享資源來共享數據，但這個共享的資源也只能在創建它的Device內使用。（意思就是說多個Device都可以訪問共享對象里面的數據，但處了創建Device之外，其他Device不能直接把這個資源連接到渲染管線上使用）
每個Device都由一個ID3D11Device接口來代表，可以通過D3D11CreateDevice或者D3D11CreateDeviceAndSwapChain函數來創建這個接口。每個Device都可以使用一個或多個DeviceContext，這主要是用來支持多線程操作。
D3D11CreateDevice函數的原型如下：
HRESULT D3D11CreateDevice(IDXGIAdapter*pAdapter,D3D_DRIVER_TYPEDriverType,HMODULESoftware,UINTFlags,CONST D3D_FEATURE_LEVEL*pFeatureLevels,UINTFeatureLevels,UINTSDKVersion,ID3D11Device **ppDevice,D3D_FEATURE_LEVEL*pFeatureLevel,ID3D11DeviceContext **ppImmediateContext);
參數解析：
IDXGIAdapter *pAdapter： 顯示適配器接口。表示要創建的Device與這個適配器硬件對應。一台電腦上可能安裝多個顯示適配器（即顯卡），可以使用IDXGIFactory::EnumAdapters函數來遍歷所有的適配器。傳入NULL的話就表示使用默認的適配器（你的電腦上至少應該有一個顯卡吧）。
D3D_DRIVER_TYPEDriverType：創建的Device的類型。可能的值有：
- D3D_DRIVER_TYPE_UNKNOWN： 未知類型，創建設備時不能使用
- D3D_DRIVER_TYPE_HARDWARE： 硬件設備，指使用硬件來實現D3D的功能。它使用硬件來加速D3D功能，並用軟件實現硬件不支持的部分，因此能提供最好的性能。這一種設備類型通常都用一個HAL（Hardware Abstraction Layer，硬件抽象層）來代表。
- D3D_DRIVER_TYPE_REFERENCE： 參考設備，即使用軟件（CPU上運行）來實現D3D的所有功能。參考設備注重功能的准確性而不保證速度。因此主要用來做功能的測試、演示與調試等。參考設備由DirectXSDK提供(D3D11Ref.dll ？)。這個設備通常叫做REF Device或Reference rasterizer（光柵器）
- D3D_DRIVER_TYPE_NULL： 空設備，即不提供D3D渲染功能的設備，它主要用來測試一些非測試的API的功能。它也是由DirectXSDK提供。
- D3D_DRIVER_TYPE_SOFTWARE： 軟件渲染器，也是由軟件實現D3D的所有功能。這個渲染器必須由用戶自己實現，並通過一個DLL提供。
- D3D_DRIVER_TYPE_WARP： Windows Advanced Resterization Platform。 一個高性能的軟件光柵器。提供特性集9.1到10.1的支持。
HMODULESoftware：軟件渲染器DLL，如果不用軟件渲染器的話，傳入NULL
UINTFlags：創建標記，這寫標記主要用來控制創建的Device中的層次，這些標記可以按位與操作。如果不特別指定的話，傳入0。 D3D11_CREATE_DEVICE_FLAG 的取值有：
- D3D11_CREATE_DEVICE_SINGLETHREADED = 0x1, 設置Device為單線程使用。D3D11默認是支持多線程使用的，即在每個API的調用中都會進行鎖保護。如果確定不會在多線程環境中使用，則設置該標記，則不會進行鎖保護，這樣可以提高性能。
- D3D11_CREATE_DEVICE_DEBUG = 0x2, 讓Device支持調試層
- D3D11_CREATE_DEVICE_SWITCH_TO_REF = 0x4, 同時創建REF和HAL設備，這樣就可以在運行時進行切換，以支持調試功能。
- D3D11_CREATE_DEVICE_PREVENT_INTERNAL_THREADING_OPTIMIZATIONS = 0x8, 阻止創建多線程（這個需要深入了解）
- D3D11_CREATE_DEVICE_BGRA_SUPPORT = 0x20, 在允許D2D與D3D互操作時設置
CONST D3D_FEATURE_LEVEL *pFeatureLevels, UINTFeatureLevels：指向一組特征集。創建函數會按順序嘗試這些特征集，並選擇第一個能支持的特征集。傳入NULL的話，則會依次嘗試從高到低（SM5->SM2）的所有特征集。 特征集的可選項有：
- D3D_FEATURE_LEVEL_9_1 = 0x9100, SM2
- D3D_FEATURE_LEVEL_9_2 = 0x9200, SM2
- D3D_FEATURE_LEVEL_9_3 = 0x9300, SM3
- D3D_FEATURE_LEVEL_10_0 = 0xa000, SM4
- D3D_FEATURE_LEVEL_10_1 = 0xa100, SM4
- D3D_FEATURE_LEVEL_11_0 = 0xb000, SM5
UINTSDKVersion： SDK版本，傳入D3D11_SDK_VERSION，這是由SDK設置的一個常數
ID3D11Device **ppDevice,D3D_FEATURE_LEVEL *pFeatureLevel,ID3D11DeviceContext**ppImmediateContext 三個返回值，返回創建的Device，立即DeviceContext及當前的特征集。
Device Context 包含了Device的環境或設置。更精確地說，DeviceContext用來設置渲染狀態，產生渲染命令，並使用資源。D3D11實現了兩種Context，一種是立即渲染（immediate rendering），一種是延遲渲染（deferred rendering）。它們都由ID3D11DeviceContext接口代表。每個線程只能有一個Context，一般主線程擁有立即Context，用於渲染，其他工作線程擁有延遲Context。
一個Device有且只有一個立即Context，它用來直接繪制到硬件，它能夠從GPU獲取數據，也可以用來立即執行（或回放）一個命令列表。立即Context可以在創建Device時獲取，也可以通過ID3D11Device::GetImmediateContext（）接口獲取。
延遲Context將GPU命令記錄到命令列表之中。它主要用來在主線程之外記錄渲染命令。創建延遲Context時將不會繼承任何的立即Context的狀態。延遲Context通過ID3D11Device::CreateDeferredContext（）接口創建。
ID3D11Device接口函數都是線程安全的，但ID3D11DeviceContext接口不是線程安全的，即必須只能在一個線程內進行調用。這區別於ID3D10Device接口。
D3D11 運行時是按照層次構建的，核心層提供了最基本的功能，外圍層則提供了一些可選功能及輔助程序員進行開發的功能。通常來講，外圍層添加新的功能，但不改變里層的已有行為。在創建設備時核心層是必須的，外圍層可以使用D3D11_CREATE_DEVICE_FLAG標記進行配置。
Core Layer： 核心層默認就被創建。它提供了圖形設備驅動和API之間的簡單映射。它只提供最關鍵性的校驗，以盡量減少開銷，提供最佳的性能。
Debug Layer： 調試層提供了更多的一致性檢查，並提供更多新返回信息。這會導致一定的性能損失，並且需要額外的DLL來支持（D3D11SDKLayers.dll）
所以，在發布版本中只保留Core Layer，而在開發過程中可以使用Debug Layer。
資源為渲染管線提供數據。它可以是從外部載入的，也可以在運行時動態生成。典型的資源包括紋理數據、頂點數據(幾何數據)和着色器數據。資源可以是強類型的或無類型的。也可以指定資源的讀寫屬性。資源可以被CPU或/和GPU訪問。每個渲染管線狀態至多可以有128個活動的資源。
有兩種方式指定資源的內存布局（即格式），一種是在創建資源時，另一種是在將資源綁定到管線上時。前一種稱為有類型的資源，后一種稱為無類型資源。無類型資源可以通過資源視圖來指導類型並綁定到渲染管線上，一個資源可以同時擁有多個視圖，並同時綁定到多個渲染管線階段上。
資源主要分為紋理和緩存兩大類。
D3D11資源系統的類圖如下：
渲染管線狀態根據一個視圖來解析資源數據。一個視圖就像一種轉換，將數據解析成適合某種用途的格式。
四種視圖：
- ID3D11DepthStencilView 訪問一個作為深度-模板緩存的紋理資源
- ID3D11RenderTargetView 訪問一個作為渲染目標的紋理資源
- ID3D11ShaderResourceView 訪問一個着色器資源，比如常數緩存，紋理緩存，紋理或者采樣器
- ID3D11UnorderedAccessView 質像素着色器或計算着色器中訪問無序的資源。
子資源（Subresource） 是一個資源的一部分。一個Buffer資源只有一個子資源，而紋理資源根據維、Mipmap及array的不同，會有多種情況。紋理的每一個Mipmap等級，array中的每個元素都單獨構成一個子資源。
Buffer是用來存放描述幾何體的數據，幾何體索引數據以及着色器數據。buffer資源必須是有類型的，一個buffer是由一個個元素組成的，每個元素由一到4個組件組成。
Buffer可以用來存放頂點數據，法線數據，紋理坐標，索引，以及設備狀態等。 Buffer分為3種：
VertexBuffer（頂點緩存） 存放每個頂點的數據
IndexBuffer（索引緩存） 存放頂點索引數據
ConstantBuffer（常數緩存） 存放着色器常量數據，也可以存放Stream-output的輸出。從概念上講，它就像一個單組件元素的數組。常數緩存只能使用D3D11_BIND_CONSTANT_BUFFER綁定。常數緩存的大小必須是16bytes的整數倍，而且必須小於或等於D3D11_REQ_CONSTANT_BUFFER_ELEMENT_COUNT
Buffer使用ID3D11Device::CreateBuffer接口進行創建
HRESULT CreateBuffer(const D3D11_BUFFER_DESC *pDesc,const D3D11_SUBRESOURCE_DATA*pInitialData,ID3D11Buffer **ppBuffer);
參數解析如下：
const D3D11_BUFFER_DESC *pDesc： buffer描述結構
- UINT ByteWidth; Buffer的總大小，以byte記。
- D3D11_USAGE Usage; Buffer的用途，即讀寫屬性。這主要根據對buffer的訪問/更新頻率來確定。
- UINT BindFlags; 指定Buffer如何綁定到渲染管線上。這個值是可以是D3D11_BIND_FLAG 的值的“或”，但通常只選擇一種綁定方式。
- UINT CPUAccessFlags; Buffer的CPU訪問權限，0表示CPU無法讀寫
- UINT MiscFlags; 其他輔助功能選項。
- UINT StructureByteStride; 當作為有結構的Buffer時，結構的大小
DXGI（DirectX Graphics Infrastructure，DirectX 圖形基礎架構） 提供了對圖形硬件進行底層管理的功能。這些功能不涉及顯卡的高級特性（比如不需要區別D3D9級別顯卡和D3D11級別顯卡），因此是與D3D的圖形功能是分開的。 DXGI是提供了一個底層的通用框架來支持未來的硬件。DXGI最初是在D3D10中引入的。現在它支持D3D11。即DXGI和D3D可以分開進行進化，而且DXGI的進化應該比D3D慢。
DXGI的主要功能有：枚舉顯示硬件設備，將渲染好的幀呈現到輸出設備，調整Gamma，以及全屏模式的切換等。DXGI的目的是溝通核心模式驅動和系統硬件。一個應用程序可以直接調用DXGI接口，也可以通過D3D接口間接使用DXGI的功能。
DXGI類結構圖如下：
枚舉顯示適配器（Adapter）
適配器是對顯示硬件或軟件的抽象，它可以是一個顯卡，也可以是一個軟件渲染器。一台計算機可以有多個適配器。一個適配器可以有一個或多個輸出終端（Monitor）。每個輸出終端用一個IDXGIOutput接口來代表，適配器用IDXGIAdapter來代表。IDXGIFactory用來枚舉Adapter
呈現（Presentation）
D3D的功能是渲染到幀緩存，然后DXGI將幀呈現到輸出終端上。為了得到最好的性能和效果，至少需要兩個緩存，一個用於D3D的繪制，一個用於DXGI的呈現。也可能有不止兩個的幀。這樣一組幀緩存就組成一個交換鏈（Swap Chain）SwapChain用IDXGISwapChain接口來表示。SwapChain有一個前緩存，一到多個后緩存。為了得到最好的效率SwapChain總是創建在顯示子系統（這個顯示子系統就是一個適配器）中，這個系統包括GPU，DAC（Digital to Analog Converter，數模轉換器）以及內存。這個子系統通常是一個顯卡，但也可能在主板上實現。SwapChain分配在顯示子系統的內存中以提高呈現的速度。顯示子系統負責把SwapChain 前緩存的數據呈現到輸出終端上。SwapChain可以被設置使用全屏或窗口模式繪制，這樣就不需要知道顯示終端是全屏幕還是一個窗口。全屏模式的SwapChain能切換顯示器的分辨率以優化性能。
創建SwapChain
SwapChain包含一組Buffer，它們都有相同的尺寸和格式。SwapChain由IDXGIFactory::CreateSwapChain 函數創建。
HRESULT CreateSwapChain(IUnknown *pDevice,DXGI_SWAP_CHAIN_DESC*pDesc,IDXGISwapChain **ppSwapChain);
參數解析如下：
IUnknown *pDevice： D3D Device，SwapChain在創建時就必須綁定到Device。這個Device將繪制到SwapChain的Buffer中。
DXGI_SWAP_CHAIN_DESC *pDesc： SwapChain描述結構。字段有：
- DXGI_MODE_DESC BufferDesc; 設置顯示模式，比如分辨率，刷新率，緩存格式，掃描線模式，縮放模式。默認選項都是0，所以只需要改變你想改變的值。
- DXGI_SAMPLE_DESC SampleDesc; 設置多重采樣（multi-sampling）參數包括每像素的采樣數量及圖形質量等級。默認不進行多重采樣，則兩個數值分別為1和0
- DXGI_USAGE BufferUsage; 設置表面的用法及CPU的訪問選項。后緩存可以作為着色器的輸入或者渲染目標。
- UINT BufferCount; 緩存的數量，包括前緩存，
- HWND OutputWindow; 顯示窗口，不能為空
- BOOL Windowed; 是否窗口模式
- DXGI_SWAP_EFFECT SwapEffect; 設置當表面呈現之后對緩存的處理方式。可選方式為：DXGI_SWAP_EFFECT_DISCARD = 0, 丟棄緩存，即緩存內容將不再被使用。應用程序只能操作索引為0的緩存。 DXGI_SWAP_EFFECT_SEQUENTIAL = 1, 緩存將不會被丟棄，按順序使用緩存鏈中的緩存，不能在多重采樣時使用。
- UINT Flags; 其他可選項。DXGI_SWAP_CHAIN_FLAG_NONPREROTATED = 1, 關閉圖像自動旋轉DXGI_SWAP_CHAIN_FLAG_ALLOW_MODE_SWITCH = 2, 允許切換顯示模式。DXGI_SWAP_CHAIN_FLAG_GDI_COMPATIBLE = 4, 允許使用GDI來訪問緩存。
D3D11 的圖形渲染管線是在D3D10 的基礎上進行擴展而得到的。D3D10的功能都得到了保留，並添加了一些新的特性。
兩個主要的新特性就是ComputerShader和Tessellation技術。注意ComputerShader並不是對圖形渲染的功能的擴展，所以沒有在渲染管線上體現出來。
DirectX Effect（特效？）是一組管線狀態的集合。如何組織管線狀態，也就決定了會得到什么樣的渲染結果，所以Effect這個名字是名副其實的。Effect中的表達式是用HLSL語言寫成的，再加上一些Effect特定的語法。經過編譯以后，EffectAPI就可以加載Effect並控制渲染硬件進行渲染。Effect不止可以控制可編程階段的着色器，也可以控制不可編程階段的設置。
Effect可以管理的狀態包括：着色器狀態（shader state），在着色器中使用的紋理及采樣狀態（Texture and Sampler state），非可編程管線階段狀態。effect代碼是純文本形式的，通常以fx為擴展名。
一個Effect文件中可以包含多個渲染效果，每個渲染效果是一組完整的狀態集合，這組集合稱為一個Technique。通常的做法是把適合不同硬件平台的效果放到不同的Technique中。一組Technique可以組織到一個group中（使用fxgroup）。通常可以這樣組織：一個Effect文件包含多個Group，每個Group表示一種材質（即渲染效果），每個Group包含多個Technique,用來對應不同的硬件等級（配置），每個Technique都可以由一到多個pass組成。
Effect系統API是作為D3DX庫的一部分提供的，即它不是D3D核心API。它只是作為一個輔助工具提供，在實際開發中完全可以不用Effect來組織你的Material。
Effect系統API的意義都很直接，與Effect文件的內容也幾乎是一一對應的，只是為應用程序提供了一個接口使用Effect文件以及與Effect交換數據。
奇怪的是，D3D11的經典Sample Basic HLSL 也沒有使用ID3DX11Effect接口。Effect看起來很強大，但實際上還是不夠靈活啊。
D3D11支持在多線程中進行對象的創建和渲染。多線程的主要目的是調高性能。
D3D11的多線程支持分為兩個部分：
1 多線程式的對象創建
2 立即渲染與延遲渲染
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