二、DirectX 10:2007年图形技术大革命

微软在2007年1月31日正式发布了Windows Vista操作系统，而作为Vista的重头戏，DirectX 10也来到了我们面前。相比之前的API版本，DirectX 10可以说是图像渲染架构上的一场大变革，在DX10之前，GPU的架构还是沿用的分离式渲染架构，如NVIDIA的G71和ATI的R580都是采用这样的架构，顶点渲染和像素渲染各自独立进行，而且一旦当架构确定下来，顶点和像素shader单元的比例就会固定下来。不过分离式渲染架构设计更为简便而且经验丰富，例如NVIDIA的NV40发成到后来的G70/G71，又或者是R420到R580，性能都得到显而易见的提升。

3D游戏对像素渲染单元的需求日益剧增

但随着游戏的发展，这种架构的弊端就显示出来了，不同的GPU，其像素渲染单元和顶点渲染单元的比例不一样，大大限制了开发人员自由发挥的空间。不同的应用程序和游戏对像素渲染和顶点渲染的需求不一样，导致GPU的运算资源得不到充分利用。于是，微软在DirectX 10中提出了统一渲染架构（Unified Shader Architecture），大家可以理解为将Vertex Shader、Pixel Shader以及DirectX 10新引入的Geometry Shader进行统一封装。此时，显卡中的GPU将不会开辟独立的管线，而是所有的运算单元都可以任意处理任何一种Shader运算。这使得GPU的利用率更加高，也避免了传统架构中由于资源分配不合理引起的资源浪费现象。

DX10体现出来的渲染效果

在典型的HDR代表游戏《上古卷轴4:湮灭》中，7900GTX在2048x1536并开启HDR的情况下，FPS惨不忍睹。独立渲染的草丛或者树叶是由庞大数量的多边形构成，对GPU的vertex shader和geomery shader提出严酷要求，相对来说并不需要太多像素操作，如此一来大规模的像素渲染被闲置而顶点模块处于不堪重负状态。Unified shader架构则可以帮我们解决硬件资源上的限制，也尽量降低了shader单元的闲置率。

geomery shading是DirectX10的新特性，streaming processors可以处理几何运算，大大减轻了CPU在几何运算的负载。GPU分派器和控制逻辑可以动态的指派streaming processpors进行vertex、pixel、geometry等操作，因为它们是通用的。显然unified shader设计可以建立更加平衡的shader工作机制，但是传统的pipeline定义不再适用，在未来，可能其他特性的预算也可以通过unified streaming processor去完成。我们看看geomery shader的情况。

Input Assembler（IA）从顶点缓冲区上的输入流中接收顶点数据，并且把数据项转换为规范的格式。vertex shader通常用来把顶点从模型空间变换到平面空间，vertex shader读取一个顶点，输出一个顶点。Pixel Shader读取单一pixel属性，输出包含颜色和Z信息的的片断。而geometry shader是DirectX10提出的，把同一区域的所有顶点作为输入，产生新的顶点或者区域。此外steam output把geometry shader输出的顶点信息复制为4个连续的输出缓冲子集。理论上来说，steam output的输出能力Input Assembler的输入能力相匹配。

Shader就是一段可以改变像素、顶点和几何学特征的小程序。Vertex Shader是专门处理多边形顶点的。那么Geometry shader就是专门用来处理场景中的几何图形。在过去Vertex Shader每一次运行只能处理一个顶点的数据，并且每次只能输出一个顶点的结果。在整个游戏场景中，绘制的几何图形的任务量非常庞大，如果仅仅依靠Vertex Shader单一来完成，效率会极其低下。

现在DX10的设计师们在顶点与像素的处理过程中又加入了Geometry shader几何着色器。它可以根据顶点的信息来批量处理几何图形，对Vertex附近的数据进行函数处理，快速创造出新的多边形。通过steam out将这些结果传递给其他Shader或buffer，将CPU从复杂庞大的几何运算中解放出来。大爆炸，粒子效果，瀑布流水等复杂又关联的场景都可以用Geometry shader很逼真的表现出来。