管窥DirectX 11与通用计算技术

DirectX 11是10.1版本的平滑升级吗？

从DirectX 9到DirectX 10，微软几乎将API打破重来以构建全新的渲染体系，Di rectX 10也成为了第一种影响硬件设计的图形API——统一渲染架构代替传统的分离渲染，从而赋予GPU更高的渲染效率和可编程能力，也为通用计算提供良好的基础，之后的DirectX 10.1就属于功能上的小升级。而到DirectX 11，微软引入了更多的新技术，但同时又保有DirectX 10.1的全部特性，换句话说，
DirectX 11实际上就是DirectX 10.1的扩展集，所有DirectX 10.1硬件所遵循的API对于DirectX 11同样适用。

DirectX 10的渲染架构

对用户而言，这样的设计在兼容方面很有好处：无论软件还是硬件，都可以完美地向后兼容。现行的DirectX 10游戏，在DirectX 11环境下都可以正常运行。而对软件开发者来说，包容的设计使他们能够非常平滑地过渡到DirectX 11，而不需要像DirectX 9到DirectX 10过渡那样突兀和漫长。这样一来，软件厂商可以直接转入DirectX 11技术体系，这对于后续产品开发是非常有利的。不过，
DirectX 11不仅只是简单的升级，它带来相当多的新颖特性，比如引入通用计算着色器（Compute
Shader），允许GPU从事更多的通用计算工作，而不仅仅是3D运算，这可以鼓励开发人员更好地将GPU作为并行处理器使用。还有就是引入多线程渲染、提高GPU的工作效率；新增的镶嵌技术（
tessellation）可以帮助开发人员创建出更为细腻流畅的模型，实现高质量实时渲染和预渲染场景。

DirectX 11的渲染架构

首先我们来看DirectX 10体系的渲染架构，DirectX 10加入Geometry Shader（几何着色器，简称GS单元）设计，让GPU可以直接处理模板阴影特效（Stencil Shadows）、动态法向量图（
Dynamic cube maps）及位移贴图（Displacement mapping）等操作——过去这些操作是由CPU来完成的。此外，Geometry Shader高可支持1024个顶点处理，同时可把不必要的顶点数据删除，这两项功能使得绘图运算将较以往更具效率。除了纳入几何着色器外，DirectX 10的渲染流程其实并没有改变，顶点渲染与像素渲染依次进行，只是在硬件层级上，渲染工作不再由独立的顶点着色器、像素着色器进行，而交给通用的统一着色器（或者说统一渲染单元）。

现在我们接着来看看DirectX 11的渲染管线。引人注目的变化就是：在顶点渲染之后，
DirectX 11新增了外壳着色器（Hull Shader，简称HS）、镶嵌器（Tessellator）和域着色器（
Domain Shader）三个新的管线；而在像素渲染环节，DirectX 11则新增了计算着色器（Computer
Shader，简称CS），这些新增的部分也就是DirectX 11的关键所在。