Direct3D - 暇つぶしWikipedia

Direct3D

Direct3Dは、3Dグラフィックスを描画するためのAPIである。マイクロソフトが提供するマルチメディアAPIセットDirectXの一部であり、様々なWindows（主にWindows 95以上）で動作し、さらに、家庭用ゲーム機であるXboxシリーズ（初代Xbox、Xbox 360、Xbox One、Xbox Series X/S）のグラフィックスAPIのベースでもある。略称としてD3Dがよく使われる。
概要

Direct3Dはゲームのようなパフォーマンスが重要なアプリケーションで利用される。そのためもあり、ウィンドウ表示だけでなく全画面（フルスクリーン）表示での実行も可能となっている。グラフィックスボードやCPU内蔵GPUなど、Direct3Dに対応したグラフィックスデバイスが搭載されているシステムであれば、ハードウェアアクセラレーションを利用し、3Dのレンダリングパイプラインの全体または一部がハードウェアによって高速化される。Direct3DはZバッファ、ステンシルバッファ、裏面カリング、視錐台 (frustum) カリング、アンチエイリアス、アルファチャンネル、アルファブレンディング、ミップマップ、パースペクティブ補正テクスチャマッピング、プログラマブルシェーダー、テッセレーションといった3Dグラフィックスハードウェアの先進的なグラフィックス機能を利用できる。他のDirectXのテクノロジとの統合により、インタラクティブなメディアタイトルで2Dと3Dを用いて、ビデオマッピング、2Dのオーバーレイプレーンへのハードウェア3Dレンダリング、スプライトといったような機能をDirect3Dは実行できる。

Direct3Dは3D APIである。つまり、3Dレンダリングのための様々なコマンドが含まれるということであるが、Direct3Dのバージョン8より、古いDirectDrawのフレームワークと置き換えられ、また2Dグラフィックスの機能も引き継いでいる [1][2]。マイクロソフトは3Dグラフィックスカードで利用できる最新のテクノロジをサポートすべくDirect3Dを継続して更新し続けている。Direct3Dは完全な頂点処理のソフトウェアエミュレーションを提供するが、ハードウェアがサポートしていないピクセル処理のソフトウェアエミュレーションはない。例えば、もしDirect3Dを使ってプログラムされたソフトウェアがピクセルシェーダーを必要として、そしてユーザーのコンピュータのビデオカードがその機能をサポートしないなら、Direct3Dはそれをエミュレートしない。代わりに、APIは一般的なグラフィックスカードをCPUで完全エミュレートするリファレンスラスタライザ（またはREFデバイス）を定義する。ただし、ピクセルシェーダーをCPUでエミュレーションするのはどんなアプリケーションでも使用に耐えないくらい遅く、製品版アプリケーションでの使用は想定されていない [3]。一方、Direct3D 10.1 API以降は比較的高速なソフトウェアデバイスとしてWARP（英語版）が実装されており、グラフィックスハードウェアがDirect3Dの機能レベルを十分にサポートしない場合でもカジュアルな用途であれば実用に耐えうるDirect3Dアプリケーションを作成・実行できる [4]。

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Windows XPまでの抽象化レイヤー

Direct3DはDirectX APIのサブシステムコンポーネントである。グラフィックスアプリケーションとグラフィックスハードウェアデバイスの間の通信を抽象化することがDirect3Dの目的である。これはGDIと比較して薄い抽象化レイヤーとなっている（図参照）。COMベースのアーキテクチャによりDirect3Dはディスプレイドライバと直接接続しており、GDIと比べてレンダリングのパフォーマンスで優れた結果を得られるところがGDIとDirect3Dの最も大きな違いである。なお、図はWindows XP/Direct3D 9までの古いモデル (XPDM) であり、Windows Vista/Direct3D 9Ex以降ではさらにDirectX/Direct3DがOSのグラフィックス根幹機能へと昇格され、GDIはすでにDirectX/Direct3Dと独立・同列ではなくなり、DirectXランタイム（DXGIと呼ばれるDirect3Dベースのグラフィックス基盤）上にて動作することになる (WDDM)[5]。

Direct3Dは"イミディエイトモード"（IM: 直接モード）のグラフィックスAPIである。これは各ビデオカードの3D機能（平行移動、クリッピング、光源、マテリアル、テクスチャ、深度バッファなど）に低レベルなインターフェイスを提供する。またDirect3D 7まではリテインドモード（RM: 保持モード）という高レベルのコンポーネントもあった [6]が、Direct3D 8以降では廃止されている。

Direct3Dのイミディエイトモードは「デバイス」、「リソース」、「スワップチェーン」の3つの主要な抽象化を提供する（図参照）。「デバイス」は描画に必要な処理を行うソフトウェア・ハードウェアを指す概念であり、アプリケーションは「デバイスタイプ」[7][8]を指定することにより、デバイスにアクセスすることができる。
HAL (hardware abstraction layer) デバイス [9]
ユーザーのコンピュータに搭載されたハードウェアアクセラレータを使用して処理を行う。ハードウェアアクセラレーションをサポートする場合、Direct3Dのコードはハードウェアの速度で動作可能。デバイス
リファレンスデバイス
Direct3Dのほとんどの機能を忠実に実装しているが、パフォーマンスが非常に低いソフトウェアレンダラーを選択する。このデバイスタイプを利用するためにはDirect3DのSDKを事前にインストールする必要がある。
ヌルリファレンスデバイス
これは何もせず真っ暗な画面を表示する。このデバイスはSDKがインストールされていないのにリファレンスデバイスが要求された場合に使用される。
プラグ可能ソフトウェアデバイス
ソフトウェアラスタライゼーションを実行するために利用される。ソフトウェアレンダラーはDirect3Dには内蔵されていないため、アプリケーションはこれを選択するには独自のソフトウェアレンダラーをDirect3Dに登録する必要がある [10]。マイクロソフトが公式にソフトウェアレンダラーを配布している [11]。

各デバイスは最低1つの「スワップチェーン」を含む。スワップチェーンは1つ以上のバックバッファサーフェス（ピクセルデータの長方形の集合と、そのピクセルの色、深さ、ステンシル、アルファ、テクスチャなどの属性）で構成される。Direct3D描画コマンドによってレンダリングはバックバッファのどこかに行なわれ、最後にPresent処理によってバックバッファからフロントバッファにピクセルデータが転送されることで画面表示が完了する。

さらにデバイスもまた「リソース」のコレクションを含む。リソースはレンダリング中に使用される特定のデータである。各リソースは4つの属性を持つ。
Type
サーフェス、ボリューム、テクスチャ、キューブテクスチャ、ボリュームテクスチャ、サーフェステクスチャ、インデックスバッファ、頂点バッファなど、リソースの種類を定義する。
Pool [12][13][14]
実行時にリソースがどのように管理され、どこに保存されるのかを定義する。Defaultプールはリソースがデバイスメモリ内にのみ存在することを意味している。Managedプールはリソースがシステムメモリに確保され必要時にデバイスへ送られることを意味している。System Memoryプールはリソースがシステムメモリ内にのみ存在することを意味している。Scratchプールはシステムメモリプールと同一であるが、この場合はリソースがハードウェアの制約に縛られない。
Format
リソースのメモリ内でのレイアウト、主にピクセルデータのレイアウトを定義する。例えばD3DFMT_R8G8B8フォーマットは24ビットの色深度を意味する（赤8bit、緑8bit、青8bit）。
Usage
フラグビットの集合によりアプリケーションがリソースをどのように使うのかを定義する。これらのフラグはリソースを動的にアクセスするのか静的にアクセスするのかを知るために利用される。静的リソースの値はロード後に変更できないのに対し、動的リソースの値は繰り返し変更することができる。
パイプライン Direct3D 10のグラフィックス・パイプライン・プロセス

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出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』
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