Телевизор 

Что не является графическим api. Графические процессоры NVIDIA готовы к API Vulkan. Мы разобрались с основами Mantle. Что дальше

Представлен новый интерфейс программирования графических приложений Vulkan. У владельцев графических процессоров GeForce уже сегодня есть все необходимое, чтобы ощутить преимущества API Vulkan. Новый инструмент обеспечит разработчикам лучший контроль над выполнением графических команд и более высокую производительность для более широкого круга устройств.

Поддержка Vulkan компанией NVIDIA непосредственно с момента его выпуска, не только на разных платформах, но и в современных играх, таких как The Talos Principle, привлекла внимание самых именитых экспертов индустрии.

“Возможность сыграть в The Talos Principle в день выпуска API – это невероятное достижение, - говорит Джон Педди (Jon Peddie), президент Jon Peddie Research. - Мультиплатформенная совместимость и полноценная поддержка драйверов для разных операционных систем, которую обеспечила NVIDIA, подтверждает ведущую роль компании в разработке API Vulkan”.

Что такое Vulkan?

Vulkan – это низкоуровневый API, который предоставляет разработчикам прямой доступ к GPU для полного контроля над его работой. Отличаясь более простыми и легкими драйверами, Vulkan демонстрирует меньшие задержки и меньшие накладные расходы при обработке графических команд (overhead) по сравнению с традиционными API OpenGL и Direct3D. Vulkan также отличается эффективной поддержкой многопоточности и позволяет многоядерным центральным процессорам более эффективно загружать графический конвейер, поднимая производительность существующего оборудования на новый уровень.

Vulkan – это первый низкоуровневый API нового поколения, который является кроссплатформенным. Разработчики могут создавать приложения для ПК, мобильных и встроенных устройств, работающих под различными операционными системами. Как и OpenGL, Vulkan – это открытый бесплатный стандарт, доступный для любой платформы. Однако NVIDIA продолжит работу над OpenGL и OpenGL ES, чтобы поддержать тех разработчиков, которые предпочитают использовать традиционные API.

Кто стоит за Vulkan?

Vulkan был создан организацией Khronos Group, которая объединяет широкий круг различных компаний из индустрии программного и аппаратного обеспечения, включая NVIDIA, с целью создания открытого, не требующего выплаты лицензионных отчислений API, предназначенного для создания и воспроизведения различного контента на широком спектре платформ и устройств. Мы гордимся тем, что сыграли ключевую роль в создании API Vulkan. И намерены активно помогать разработчикам приложений в работе с Vulkan, чтобы они могли получить максимум от графических процессоров NVIDIA.

Преимущества Vulkan для пользователей

Vulkan – это отличное решение для разработчиков. Новый API снижает затраты на портирование игр и открывает новые рыночные возможности для приложений на разных платформах. Важно, что драйверы NVIDIA для Windows, Linux и Android, позволяющие получить максимум возможностей от Vulkan, уже доступны. Подробнее смотрите на странице драйверов Vulkan.

Преимущества для геймеров–владельцев графических процессоров GeForce:

· Низкие задержки и высокая эффективность Vulkan позволяет разработчикам добавлять больше деталей и спецэффектов в игры, сохраняя их отличную производительность. Так как драйвер Vulkan легче и отличается меньшими накладными расходами на CPU, разработчики получат меньше сюрпризов в плане цены производительности, что в свою очередь обеспечивает более плавную и динамичную работу приложений.

· NVIDIA предоставляет драйверы для Vulkan для всех видеокарт GeForce на базе архитектур Kepler и Maxwell, работающих под ОС Windows (Windows 7 и выше) и Linux.

· Владельцы GeForce смогут первыми сыграть в Vulkan-версию игры The Talos Principle – головоломку от Croteam, которая стала доступна вчера. "Мы и раньше успешно работали с командой NVIDIA в плане драйверной поддержки, но я был впечатлен их работой над Vulkan, - говорит старший программист Croteam Дин Секулик (Dean Sekuliuc). – NVIDIA оперативно предоставила нам новейшие бета-драйверы, чтобы мы могли быстро внедрить новый API в Serious Engine и сделать The Talos Principle одной из первых игр с поддержкой Vulkan. Отличная работа!"

Преимущества для разработчиков профессиональных приложений для Quadro:
· в наших драйверах Vulkan и OpenGL применяется бинарная архитектура, которая позволяет применять шейдеры GLSL в Vulkan. Разработчики могут или остаться на OpenGL, или перейти с OpenGL на Vulkan, чтобы воспользоваться преимуществами Vulkan. Например, благодаря многопоточной архитектуре Vulkan ядра CPU могут подготовить данные для GPU быстрее, чем раньше. Для приложений проектирования и создания цифрового контента это означает более высокую степень интерактивности при работе с большими моделями.

На минувшей неделе был представлен API Vulkan, о широкой поддержке которого заявили AMD и NVIDIA. Новый графический интерфейс разрабатывал Khronos Group, консорциум, основанный в 2000 году. Khronos Group отвечает за разработку и поддержку открытых стандартов в сфере мультимедийных приложений на разных платформах и устройствах. Консорциум поддерживают AMD и NVIDIA, а также многие другие компании.

На минувшей неделе была ратифицирована финальная версия 1.0 API Vulkan. AMD и NVIDIA представили соответствующие бета-драйверы. AMD заранее выпустила бета-версию Radeon Software еще 14 февраля. NVIDIA представила драйвер GeForce 356.39, который тоже ориентирован на поддержку API Vulkan.

Подход API Vulkan очень похож на API Mantle. Суть заключается в том, чтобы разработчики получили более глубокий доступ к «железу», чтобы выжать из него максимум. Такой подход позволяет максимально избежать существующих «узких мест». С другой стороны, разработчики должны точно знать, что они делают – например, при работе с памятью. Интерфейс OpenGL не так популярен, как DirectX, но позволяет выжать больше.

Интерфейс API Vulkan в версии 1.0 поддерживается под Windows 7, Windows 8.1, Windows 10, Android и Linux. Разработчики игр пока что не объявили о поддержки в конкретных играх, но здесь стоит дождаться Games Developer Conference, которая будет проводиться с 14 по 18 марта в Сан-Франциско. Из игровых движков пока есть информация о Source 2, который уже поддерживает API Vulkan. Процесс отладки облегчается поддержкой Valve, LunarG и Codeplay.

The Talos Principle

Хорошо, но какая игра или движок поддерживают API Vulkan? Игра The Talos Principle разрабатывалась компанией Croteam, которая и в прошлом была известна поддержкой многих графических API. И в последней итерации игра The Talos Principle не стала исключением – она поддерживает DirectX 9, DirectX 11, OpenGL и теперь Vulkan. Для студии разработчиков Vulkan является пробным шаром, хотя API Vulkan доступен в версии 1.0, поддержка пока находится в бета-стадии. На добавление поддержки разработчики Croteam затратили порядка трех месяцев. Но универсальный характер API позволяет вскоре представить вариант Linux.

API Vulkan теоретически совместим с несколькими платформами – но пока что тесты и сравнения можно провести только под Windows, причем здесь имеются свои ограничения. Реализация пока остается на очень раннем этапе. Путь рендеринга DirectX 11 совершенствовался многие годы, поэтому потенциала для оптимизации здесь уже нет. Здесь ситуация больше зависит от разработчиков драйверов, а именно AMD и NVIDIA. Игра The Talos Principle стала первой с поддержкой Vulkan. Поэтому пока нет возможности сделать сравнительный тест для оценки хорошей или плохой реализации поддержки.

Новые технологии первое время реализуются в примерах, подготовленных производителями. В случае DirectX 12 акцент был выставлен на Draw Calls, тот же тест 3DMark DirectX 12 опирается только на измерение производительности Draw Calls, игры DirectX 12, подобные Star Wars, тоже пытаются задействовать подобную нагрузку. Но The Talos Principle не так сильно зависит от высокой скорости Draw Call, чтобы низкоуровневый API дал большую разницу.

Поддержка API Vulkan версии 1.0 находится на ранней стадии, то же самое касается драйверов AMD и NVIDIA. Оба драйвера, по сути, относятся к бета-версиям, именно так их рассматривают производители GPU. Здесь обычно нет новых улучшений производительности или поддержки новых технологий, так что мы получаем шаг назад. Но как только определенный уровень разработки будет достигнут, драйверы обоих разработчиков GPU получат поддержку Vulkan в финальной версии. Когда это произойдет – не совсем понятно. Но пока ключевые приложения не используют Vulkan и игры с поддержкой API находятся в состоянии бета-версии, так что разработчики GPU могут спокойно дорабатывать свои драйверы.

Для тестов мы взяли нашу тестовую систему для видеокарт. Драйверы видеокарт AMD и NVIDIA мы уже описали выше. В настройках мы выставили максимальный уровень графики, но при этом протестировали и низкие разрешения вплоть до 1.280 x 720 пикселей, чтобы увеличить производительность Draw Call.

Тест The Talos Principle - 1.280 x 720 пикселей

Тест The Talos Principle - 2.560 x 1.440 пикселей

Тест The Talos Principle - 3.840 x 2.160 пикселей

Как можно видеть по результатам, API Vulkan дает существенный прирост по сравнению с OpenGL. Но до производительности DirectX 11 новый API не дотягивает. Тому есть несколько причин. С одной стороны, разработка под Vulkan находится в ранней стадии. Это касается и самого API, и драйвера, и игры The Talos Principle. По сравнению с OpenGL новый интерфейс позволяет освободить часть ресурсов и избежать «узких мест». Но DirectX много лет совершенствовался до текущего уровня. В любом случае, потенциал у API Vulkan очень хороший.

Если погрузиться в детали, то визуальных отличий между API Vulkan и DirectX 11 мы не обнаружили. Так что путь рендеринга очень хорошо адаптирован. У текущей реализации The Talos Principle видеокарты с 2 Гбайт памяти получают падение производительности, вероятно, из-за не самой эффективной работы с памятью. Как и Mantle и DirectX 12, API Vulkan может обращаться к ресурсам памяти на более глубоком уровне – сей факт можно рассматривать как преимущество, но он может стать и недостатком, если разработчики не смогут эффективно использовать память.

Несколько разочаровала ошибка в текущем драйвере NVIDIA, из-за которой после каждого теста приходилось перезагружать систему. Без перезагрузки игра «вылетала». Хотя с драйвером AMD мы не обнаруживали подобной ошибки.

Нынешняя реализация API Vulkan кажется обещающей. Пока что для игр на настольных ПК она будет не такой актуальной, поскольку рынок DirectX 11 и 12 очень велик, и по сравнению с тем же DirectX 12 затраты на реализацию могут быть слишком велики, а отдача слишком мала. Но если игры необходимо запускать на разных платформах с разными аппаратными требованиями, Vulkan может сыграть важную роль. В любом случае, следует дождаться реакции со стороны разработчиков игр, иначе мы получаем проблему курицы и яйца, из которой сложно выйти.

Еще несколько лет назад Apple представила новое графическое API - Metal. Отличие его от того же Scene Kit было в том, что он явялется не высокоуровневым API, работающим поверх OpenGL ES (мобильной версии OpenGL), а низкоуровневым API для рендеринга и вычислений, который может заменить собой OpenGL. По словам Apple, Metal на порядок быстрее OpenGL ES (правда, на деле в 10 раз быстрее происходят только вызовы отрисовки - draw calls, передача данных на GPU). Этот API доступен для всех устройств, работающих на процессоре A7 и новее, а так же на Mac начиная с 2012 года.

Принципы работы графических API

Для начала - что такое API? Расшифровывается это как Application Programming Interface, программный интерфейс приложения. Говоря простым языком - это готовый код, который позволяет существенно облегчить жизнь программисту при написании программ. По сути это некоторый полуфабрикат - основываясь на этом коде можно гораздо быстрее и проще написать свою программу.

Теперь разберемся с тем, как собственно сам GPU работает с API. Неверно думать, что вызов API напрямую работает с GPU, и тем более неверным является то, что GPU заканчивает обработку вызова при возвращении результата API. К примеру, если бы драйвер выполнял команды рендеринга в тот момент, когда они были созданы, то простаивал бы CPU, ожидая выполнения рендеринга. А после выполнения было бы наоборот - простаивал бы GPU, ожидая пока придут новые команды от драйвера.

По этой причине CPU и GPU работают асинхронно: графический драйвер сначала собирает все вызовы отрисовки для всего кадра, и только потом отправляет их на GPU. Далее, когда приходит команда на отрисовку следующего кадра, этот кадр уже будет обработан GPU. То есть мы получаем задержку в один кадр: пока CPU готовит вызов для текущего кадра, на GPU рендерится прошлый. На деле можно буферизировать и больше одного кадра, и тем самым получать большую частоту кадров: все зависит только от производительности процессора и видеокарты.

Нововведения в API Metal

В чем же плох метод, описанный выше? Он плох в том, что между GPU и API есть посредник - драйвер. И именно он управляет задержками. В API Metal же буферы команд открыты, и приложение может само их заполнять и отправлять их в очередь команд для выполнения на GPU. Таким образом, приложение имеет полный контроль над заданием и может управлять задержками. Более того - теперь можно легко параллелить команды и помещать их в буфер в определенном порядке, так как для программиста становится более очевидным то, какие результаты в каком порядке будут доступны.

Еще одно важное нововведение уже аппаратное: на процессорах Apple A7 и выше Metal заточен под работу с общей памятью, то есть CPU и GPU могут получать доступ к одним данным без необходимости перебрасывать их по шине PCI. Metal дает прямой доступ для программы к буферам CPU, и программист вполне может «смешивать» вычисления на GPU и CPU, что может существенно ускорить программу.

Реальный выигрыш от API Metal

Как я объяснял выше, каждый вызов отрисовки занимает некоторое время на CPU и GPU. Ренденринг на GPU сделать быстрее нельзя по очевидным причинам (он завязан только на производительность самого GPU), но можно выиграть в другом: во-первых, можно уменьшить время на передачу данных (так как Metal работает с общей памятью), во-вторых - уменьшить время обработки вызова на CPU. Время обработки вызова на CPU уменьшается за счет отсутствия посредника-драйвера и за счет параллельного построения буфера команд.

И тут возникает вопрос - а про какое десятикратное увеличение производительности вела речь Apple? Да вот именно про то, что время вызова на CPU теперь сильно меньше. Но вот GPU тут почти не затрагивается, так что в итоге напрямую улучшить графику за счет API Metal увы - нельзя. Но так как освободился процессор - его можно загрузить физикой: обсчетом физики частиц, взаимодействия множества объектов (все помнят сотню летающих обезьян на презентации iPhone 7?), обсчетом эффектов ткани и воды, и так далее. И так как этим раньше занимался GPU, то мы его освобождаем, и получается что косвенно он теперь может выводить лучшую картинку, что мы в играх (в том же Asphalt 8) и видим (обратите внимание на детализацию брусчатки и эффекты):

Взаимодействие OpenGL и Metal

Как видно из вышенаписанного - реально Metal улучшает жизнь процессору. Поэтому если система не поддерживает Metal, но имеет очень мощный процессор, то особого труда переписать игру под OpenGL нет - и именно это мы и видим в Vainglory под Android - для получения максимальной графики (уровень Apple A9) на OpenGL требуется топовый процессор уровня Snapdragon 820, который по голой производительности (во FLOPS-ах) мощнее A9 в два с копейками раза.

Apple Metal 2

На июньской презентации Apple представила новую версию Metal. Основные улучшения - это поддержка VR, машинного обучения и внешних GPU, что в теории позволит портировать под Mac игры с PC без всякого ухудшения графики (на данный момент порты большинства игр представляют собой по сути запуск Wine, что достаточно сильно снижает производительность и очень сильно отражается на и без того достаточно слабых GPU в Mac). Но как это будет реальности - увидим уже только в будущем.

, функций , структур и констант , предоставляемых приложением (библиотекой, сервисом) или операционной системой для использования во внешних программных продуктах. Используется программистами при написании всевозможных приложений.

Энциклопедичный YouTube

  • 1 / 5

    API определяет функциональность, которую предоставляет программа (модуль , библиотека), при этом API позволяет абстрагироваться от того, как именно эта функциональность реализована.

    Если программу (модуль, библиотеку) рассматривать как чёрный ящик , то API - это множество «ручек», которые доступны пользователю данного ящика и которые он может вертеть и дёргать.

    Программные компоненты взаимодействуют друг с другом посредством API. При этом обычно компоненты образуют иерархию - высокоуровневые компоненты используют API низкоуровневых компонентов, а те, в свою очередь, используют API ещё более низкоуровневых компонентов.

    По такому принципу построены протоколы передачи данных по Интернет . Стандартный стек протоколов (сетевая модель OSI) содержит 7 уровней (от физического уровня передачи бит до уровня протоколов приложений, подобных протоколам HTTP и IMAP). Каждый уровень пользуется функциональностью предыдущего («нижележащего») уровня передачи данных и, в свою очередь, предоставляет нужную функциональность следующему («вышележащему») уровню.

    Важно заметить, что понятие протокола близко по смыслу к понятию API. И то, и другое является абстракцией функциональности, только в первом случае речь идёт о передаче данных, а во втором - о взаимодействии приложений.

    API библиотеки функций и классов включает в себя описание сигнатур и семантики функций .

    Сигнатура функции

    Иногда различают сигнатуру вызова и сигнатуру реализации функции. Сигнатура вызова обычно составляется по синтаксической конструкции вызова функции с учётом сигнатуры области видимости данной функции, имени функции, последовательности фактических типов аргументов в вызове и типе результата. В сигнатуре реализации обычно участвуют некоторые элементы из синтаксической конструкции объявления функции: спецификатор области видимости функции, её имя и последовательность формальных типов аргументов.

    Например, в языке программирования C++ простая функция однозначно опознаётся компилятором по её имени и последовательности типов её аргументов, что составляет сигнатуру функции в этом языке. Если функция является методом некоторого класса, то в сигнатуре будет участвовать и имя класса.

    В индустрии программного обеспечения общие стандартные API для стандартной функциональности имеют важную роль, так как они гарантируют, что все программы, использующие общий API, будут работать одинаково хорошо или, по крайней мере, типичным привычным образом. В случае API графических интерфейсов это означает, что программы будут иметь похожий пользовательский интерфейс, что облегчает процесс освоения новых программных продуктов.

    С другой стороны, отличия в API различных операционных систем существенно затрудняют перенос приложений между платформами. Существуют различные методы обхода этой сложности - написание «промежуточных» API (API графических интерфейсов wxWidgets , , GTK и т. п.), написание библиотек, которые отображают системные вызовы одной ОС в системные вызовы другой ОС (такие среды исполнения, как Wine , cygwin и т. п.), введение стандартов кодирования в языках программирования (например, стандартная библиотека языка C), написание интерпретируемых языков, реализуемых на разных платформах ( , python , perl , php , tcl , Java и т. д.).

    Также необходимо отметить, что в распоряжении программиста часто находится несколько различных API, позволяющих добиться одного и того же результата. При этом каждый API обычно реализован с использованием API программных компонент более низкого уровня абстракции.

    Например: для того, чтобы увидеть в браузере строчку «Hello, world! », достаточно лишь создать HTML -документ с минимальным заголовком и простейшим телом, содержащим данную строку. Когда браузер откроет этот документ , программа-браузер передаст имя файла (или уже открытый дескриптор файла) библиотеке, обрабатывающей HTML-документы, та, в свою очередь, при помощи API операционной системы прочитает этот файл и разберётся в его устройстве, затем последовательно вызовет через API библиотеки стандартных графических примитивов операции типа «очистить окошко», «написать „Hello, world!“ выбранным шрифтом». Во время выполнения этих операций библиотека графических примитивов обратится к библиотеке оконного интерфейса с соответствующими запросами, уже эта библиотека обратится к API операционной системы, чтобы записать данные в буфер видеокарты .

    При этом практически на каждом из уровней реально существует несколько возможных альтернативных API. Например: мы могли бы писать исходный документ не на HTML, а на LaTeX , для отображения могли бы использовать любой браузер. Различные браузеры, вообще говоря, используют различные HTML-библиотеки, и, кроме того, всё это может быть собрано с использованием различных библиотек примитивов и на различных операционных системах.

    Основными сложностями существующих многоуровневых систем API, таким образом, являются:

    • Сложность портирования программного кода с одной системы API на другую (например, при смене ОС);
    • Потеря функциональности при переходе с более низкого уровня на более высокий. Грубо говоря, каждый «слой» API создаётся для облегчения выполнения некоторого стандартного набора операций. Но при этом реально затрудняется, либо становится принципиально невозможным выполнение некоторых других операций, которые предоставляет более низкий уровень API.

    Наиболее известные API

    Операционных систем

    зуются более высокой степенью сжатия, чем изображения с низким содержанием таких элементов (например, графики, схемы, простые текстуры). Изображения с высоким разрешением можно сжимать с высокой степенью сжатия, не влияя на их качество. Для сохранения высокого качества изображений с низким разрешением итоговая степень сжатия должна быть гораздо ниже. Изображения с большой глубиной цвета (например, 24-битовые Truecolor-изображения) сжимаются более эффективно, чем изображения с меньшим количеством бит на пиксель (в частности, 8-битовые полутоновые).

    Большинство других методов сжатия с потерями по своему характеру симметричны. Это значит, что они основаны на использовании конкретной последовательности операций, которые при распаковке выполняются в обратном порядке. На сжатие и распаковку данных требуется приблизительно одинаковое время. Фрактальное сжатие – процесс асимметричный, сжатие длится гораздо дольше, чем распаковка. Отсюда следует, что фрактально сжатые данные целесообразно применять в тех случаях, когда файлы изображений часто распаковываются, но никогда не сжимаются, например, при хранении изображений в графических базах данных на CD-ROM.

    Ниже кратко рассмотрены некоторые наиболее распространенные форма-

    Современные графические API-интерфейсы

    Разработка современных сложных графических программ, особенно 3Dприложений, неразрывно связана с использованием API-интерфейсов

    (Application Programming Interface).

    API – это набор библиотек, представляющих собой готовый интерфейс для работы программы с 3D-акселераторами. В настоящее время подобных ин-

    терфейсов существует достаточно много, но все их можно разделить на два класса: универсальные и специализированные.

    Универсальные API являются общими для всех 3D-акселераторов, а поддержка аппаратного ускорения для этих API возлагается на сами ускорители. В первую очередь здесь следует выделитьMicrosoft DirectX иOpenGL . Оба они используются, в основном, в программах компьютерной анимации.

    Специализированные API предназначены для работы с графическими акселераторами, построенными на определенных 3D-чипсетах; наиболее известными среди них являютсяGlide API – интерфейс для работы с чипами VooDoo® ;Metal – для чипов Savage3D и т.п. Программы, написанные с использованием специализированных API, работают только на тех акселераторах, под которые создавались эти API. Большинство специализированных API предоставляет только низкоуровневый интерфейс программирования, однако в последнее время, новые версии DirectX включают интерфейсы высокоуровневой поддержки, такие какDirectX for VisualBasic , который осуществляет языковую поддержку мультимедиа-приложений, написанных в среде визуального программирования Visual Basic.

    API Microsoft DirectX

    API Microsoft DirectX – это набор программных интерфейсов, применяемых для решения различных задач: от программного управления аппаратным обеспечением компьютера до разработки мультимедийных приложений, использующих различные типы информации, и создания виртуальных миров.

    Основная цель, которую преследовала фирма Microsoft, создавая интерфейс DirectX – превратить компьютеры, работающие под управлением операционной системы Windows, в универсальную платформу для приложений, богатых мультимедийными элементами: полноцветной графикой, видеофрагмен-

    тами, трехмерной анимацией и стереозвуком. Встроенный непосредственно в ядро ОС Windows интерфейс DirectX является интегрированным сервисом

    Windows 98 и Windows 2000, а также Microsoft Internet Explorer. Компоненты

    DirectX могут быть также автоматически загружены на компьютер при установке современных игр и мультимедийных приложений, разработанных для ОС Windows 95. Для разработчиков DirectX представляет набор программных интерфейсов, использование которых позволяет решить две основные задачи.

    Во-первых, DirectX превращает разработанные с его помощью приложения в программы, совместимые с любой версией Windows и работающие на любом компьютере, где установлена эта операционная система, независимо от типа используемого программного обеспечения. При этом подобные приложения максимально используют технические возможности компьютера, обеспечивая наивысшую производительность. Это достигается за счет сервиса, предоставляемого двумя основными компонентами DirectX: низкоуровневыми интерфейсами, входящими в состав DirectX Foundation, и высокоуровневыми интерфейсами, составляющими DirectX Media.

    Во-вторых, DirectX предоставляет разработчикам возможность абстрагироваться от конкретного типа дисплейного адаптера, звуковой карты или 3Dускорителя и сосредоточиться на логике работы самой программы.

    DirectX Foundation предоставляет в распоряжение разработчиков набор низкоуровневых программных интерфейсов, который обеспечивает эффективный доступ ко всем возможностям компьютера, работающего под управлением ОS Windows, реализованным на уровне аппаратного обеспечения – 3Dускорителям, звуковым картам, устройствам ввода информации. До появления DirectX разработчики, создававшие мультимедийные приложения для платформы Windows, должны были настраивать свои программы на работу с различными типами устройств и конфигураций. Теперь эта проблема устранена. DirectX Foundation содержит компонент, известный как "слой аппаратной абстракции" (Hardware Abstraction Layer, HAL), который использует программные

    драйверы для обеспечения взаимодействия программных и аппаратных средств. В результате разработчики могут создавать единую версию приложения с использованием интерфейсов DirectX, не заботясь о том, чтобы оно работало на конкретных аппаратных конфигурациях. DirectX автоматически определяет технические возможности компьютера и устанавливает соответствующие параметры. DirectX также позволяет выполнять мультимедийные приложения, требующие аппаратной поддержки, отсутствующей на данном компьютере. В этом случае они программно эмулируются компонентом, который называется "слой аппаратной эмуляции" (Hardware Emulation Layer, HEL) и обеспечивает программные драйверы, работающие как недостающие устройства.

    DirectX Media располагается над DirectX Foundation и обеспечивает высокоуровневые сервисы – поддержку анимации, потоковый вывод (возможность передачи и просмотра аудио- и видеоинформации по мере ее загрузки из Internet) и интерактивность. Автоматическая интеграция низкоуровневых сервисов, реализуемых DirectX Foundation, и высокоуровневых, реализованных в DirectX Media, облегчает процесс создания и воспроизведения мультимедийных элементов, позволяя разработчикам включать их в свои приложения и Web-страницы и обеспечивая тем самым недоступное ранее интерактивное мультимедийное содержимое. Кроме того, DirectX Media помогает решить задачу координации различных типов мультимедийных эффектов, облегчая синхронизацию их воспроизведения. Помимо двух указанных основных составляющих Microsoft DirectX в их состав также входят высокоуровневые компоненты, которые обеспечивают мультимедийные функции для Webприложений. К ним относятся:NetMeeting - средство для организации групповых онлайновых дискуссий иWindows Media Player - средство для передачи мультимедийного содержимого по Internet. Рассмотрим кратко основные ком-

    поненты DirectX Foundation. К ним относятся Microsoft DirectDraw, Direct3D (режимыImmediate иRetained ), DirectInput , DirectMusic , DirectSound ,

    DirectSound 3D иDirectPlay . Эти программные интерфейсы системного уровня

    обеспечивают эффективный доступ к различным компьютерным устройствам и обеспечивают реальную аппаратную независимость приложений, снимая проблемы установки драйверов и несовместимости аппаратно-программных платформ.

    Microsoft Direct3D представляет собой интерфейс для работы с 3Dвидеокартами. Архитектура Direct3D представлена на рисунке 1.5.

    Win32-приложение

    Direct3D поддерживает два режима работы – Immediate Mode иRetained Mode . В режимеImmediate Mode Direct3D обеспечивает разработчикам аппаратную поддержку игровых и мультимедийных приложений в среде Microsoft Windows. Он позволяет добиться аппаратной независимости, поддерживает переключаемую Z-буферизацию и Intel ММХ-архитектуру процессоров. В этом режиме основные графические примитивы реализуются напрямую, без использования буферов выполнения (execute buffers).

    Режим Retained Mode облегчает создание и анимацию трехмерных миров, поддерживая две новые функции: интерполяторы анимации со смешением цветов, плавными перемещениями объектов и множеством различных видов трансформации, а также последовательное заполнение сеточной структуры 3D-

    объектов (meshes), позволяющее осуществлять их постепенную загрузку с удаленных серверов. Это дает возможность разработчикам эффективно использовать трехмерную графику, освобождая их от необходимости прямого управления структурами объектов на низком уровне.

    Следует отметить, что Direct3D-приложения общаются с графическими устройствами одинаково, вне зависимости от режима. Они могут использовать или не использовать программную эмуляцию перед обращением к HAL. Реально Direct3D тесно интегрирован с компонентом DirectDraw, поэтому на рисунке 1.2 слой аппаратной абстракции HAL обозначен как DirectDraw/Direct3D HAL. Direct3D осуществляет Z-буферизацию и рендеринг поверхностей, а их непосредственное отображение выполняет DirectDraw. СОМ-интерфейс Direct3D является интерфейсом к DirectDraw.

    DirectDraw - это менеджер управления памятью, обеспечивающий базовый набор функций для графических и мультимедийных приложений, работающих на платформе Windows. В отличие от традиционной Windows-графики DirectDraw использует прямой доступ к дисплейной памяти и графическим устройствам, обеспечивая при этом полную совместимость с Windowsприложениями.

    На рисунке 1.6 показано взаимодействие между DirectDraw, компонентом ядра операционной системы GDI (Graphics Device Interface), слоем аппаратной абстракции (Hardware Abstraction Layer, HAL), и слоем аппаратной эмуляции

    (Hardware Emulation Layer, HEL). Как видно, DirectDraw существует независи-

    мо от GDI и оба интерфейса обладают возможностью прямого доступа к графическим устройствам через аппаратно-независимые слои. В отличие от GDI DirectDraw no возможности использует аппаратные функции. Если конкретное устройство не поддерживает требуемых функций, DirectDraw пытается их эмулировать, используя HEL. DirectDraw поддерживает работу с большим числом дисплейных адаптеров - от простых мониторов до сложных профессиональных устройств. Работая на уровне графических поверхностей, DirectDraw служит

    базой для высокоуровневых графических функций и интерфейсов и позволяет использовать либо аппаратные возможности, предоставляемые устройствами, либо эмулировать их при необходимости.

    Win32-приложение

    tion Layer (HEL)

    Abstraction Layer

    Видеокарта

    Рисунок 1.6 – Интеграция DirectDraw в систему

    DirectInput представляет собой интерфейс к различным устройствам ввода информации - клавиатуре, манипулятору типа «мышь», джойстику, а также к устройствам с обратной отдачей (force-feedback). По сравнению с обычными, стандартными функциями данный интерфейс поддерживает большее число устройств и обеспечивает более быструю реакцию на запросы. Работая непосредственно с драйверами устройств, DirectInput не использует систему обмена сообщениями Microsoft Windows.

    К новым возможностям DirectInput относится расширенный список поддерживаемых устройств, в том числе: игровые панели (game pads), авиацион-

    ные рули (flight yokes), шлемы виртуальной реальности (virtual-reality headgear)

    и устройства с обратной отдачей, обеспечивающие такие эффекты как вибрация, сопротивление при движении и т.д., использование которых делает современные игры еще более реалистичными.

    DirectMusic – это новый компонент семейства технологий DirectX, представляющий собой программную оболочку для создания музыкальных шаблонов и инструкций по реакции на действия пользователя. Это позволяет разработчикам создавать фоновую музыку в реальном времени на основе алгоритмов, задаваемых в Web-страницах или мультимедийных приложениях. DirectMusic обеспечивает полную реализацию стандарта DownLoadable Sounds (DLS), позволяющего разработчикам создавать музыкальные шаблоны, воспроизводимые практически на любой аппаратной платформе. В состав DirectMusic входит DirectMusic Producer - интегрированный редактор, позволяющий работать со всеми объектами DirectMusic: стилями, шаблонами, DLSинструментами и т.д.

    DirectPlay представляет собой высокоуровневый программный интерфейс между прикладной программой и коммуникационными сервисами, который упрощает связь по модему или локальной сети. В состав DirectPlay входит набор утилит, позволяющий играющим находить партнеров и Web-узлы, поддерживать поток информации между серверами, причем для любого пользователя приложения поддерживается одинаковый набор функций, независимо от типа онлайнового сервиса или протоколов.

    В дополнение к низкоуровневым интерфейсам DirectX Foundation в состав DirectX входит более высокоуровневый набор программных интерфейсов

    и компонентов DirectX Media , обеспечивающих поддержку мультимедийных приложений, анимации и потокового вывода информации. В настоящее время DirectX Media состоит их следующих основных программных интерфейсов:

    DirectShow (ранее назывался ActiveMovieSDK); DirectAnimation(ранее назывался ActiveX Animation); DirectX Transform. Отметим, что сервисы DirectX Media используют сервисы DirectX Foundation.