• Die Unterstützung von 2D- und 3D-Grafik. Dies ist der am meisten genutzte Teil von DirectX. Er ermöglicht einen schnellen Direktzugriff auf die Grafikkarte.
• DirectX Graphics stellt eine Low-Level-API (Direct3D) und eine High-Level-API (Direct3DX) bereit.
• Die Low-Level-API Direct3D eignet sich für Anwendungen mit hoher Interaktionsrate und/oder Präsentationsfrequenz komplexer grafischer Szenen (wie z. B. bei 3D-Spielen). Bis zur Version 7 wurden bei der Low-Level-API zwischen 2D-Grafik (DirectDraw) und 3D-Grafik (Direct3D) unterschieden. Durch eine Überarbeitung des Grafikbereichs (in Version 8) wurden beide Teile unter einer einheitlichen API in Direct3D zusammengefasst. Die explizite, eigenständige Weiterentwicklung von DirectDraw wurde damit eingestellt.
• Die High-Level API Direct3DX ermöglicht es, mit vertretbarem Aufwand 3D-Anwendungen zu realisieren. Direct3DX setzt auf Direct3D auf, d. h. es nutzt dessen Basisfunktionalität.
• DirectX Graphics bietet direkten Zugriff auf die Grafikhardware, vorbei am Graphics Device Interface (GDI) und Display Device Interface (DDI). Nicht durch die Hardware unterstützte Funktionen werden durch DirectX emuliert. Dafür nutzt der Hardware Emulation Layer (HEL) die Möglichkeiten von MMX-Prozessoren zur Manipulation von Bildern und greift auf Funktionen des GDI zurück.
• Unterstützt werden unter anderem Seitenumschaltung (Flipping) (siehe Backbuffer), Blitting, Clipping, 3D Z-Puffer, Overlays und direkte Steuerung des Datenflusses durch die Video-Port Hardware (Video-Port Manager).

DirectSound

• Zur Wiedergabe und Aufnahme von Soundeffekten, unterstützt Raumklang (d. h. Positionierung der Klänge im 3D-Raum)
• Daten aus mehreren Eingangspuffern (Secondary Sound Buffers) werden mit Effekten belegt und zusammen auf einen Ausgangpuffer (Primary Sound Buffer) gemischt. Eingangspuffer können in Software oder Hardware realisiert sein, statisch (z. B. aus einer Datei) oder dynamisch (z. B. Streaming von einem Mikrofoneingang) Daten liefern. Die Anzahl der Eingangspuffer, die gemischt werden können, ist ausschließlich durch die verfügbare Rechenleistung limitiert.
• DirectSound passt sich automatisch dem Leistungsspektrum der installierten Soundkarte an.
• Es stehen Basiseffekte, wie Volume, Frequency Control, Panning bzw. Balance, zusätzliche Effekte, wie Reverb (Halleffekt), Chorus, Distortion, Equalization und 3D-Effekte, wie Rolloff, Amplitude Panning, Muffling, Arrival Offset, Doppler Shift Effekt zur Verfügung.

DirectMusic

• Für die Wiedergabe von Musik (MIDI-Musik, allerdings keine komprimierte Musik wie MP3). DirectMusic liefert dazu einen Software-Synthesizer Service. Verwendet wird ein DLS2-Synthesizer. Siehe DirectShow für die Wiedergabe von komprimierter Musik wie MP3 und Video (AVI,MPEG).

XAudio 2

• Basierend auf der Xbox-360-Sound-API
• Soll DirectSound ablösen
• Programmierbare DSP-Programme ermöglichen EAX-ähnliche Effekte auf allen Soundkarten; diese werden allerdings auf dem Hauptprozessor ausgeführt. Dies hat vor allem Kritik seitens des Herstellers von Soundkarten Creative hervorgerufen, weil auf dessen Karten solche DSP-Programme "in Hardware" ausgeführt werden könnten, um Spielern somit einen Geschwindigkeitsvorteil zu bieten (durch Entlastung der Haupt-CPU).

DirectInput

• Unterstützung von Eingabegeräten, wie Tastatur, Maus, Joysticks usw.
• Ermöglicht Force-Feedback-Effekte (zum Beispiel das Vibrieren eines Gamepads oder Widerstand beim Bewegen eines Joysticks) und unterstützt den Zugriff auf analoge und digitale Eingabegeräte, welche ein absolutes Koordinatensystem verwenden. Ein Eingabegerät kann über bis zu sechs Bewegungsachsen und 32 Knöpfe verfügen. Der Zugriff über DirectInput umgeht das Windows Message System (d. h. Ereignis-, Melde- und Warteschlangen) und erfolgt direkt auf die Hardware; ein Geschwindigkeitsvorteil gegenüber der Win-32 API. DirectInput erlaubt Anwendungen die Nutzung von möglichen Force-Feedback-Fähigkeiten der Eingabegeräte, um so Kraftrückkopplungseffekte zu erzeugen.

XInput

• Ausschließlich für die Verwendung von Xbox-360-Controllern unter Windows vorgesehen.

DirectPlay

• Für die Kommunikation von Multiplayerspielen untereinander, die auf mehreren Computern laufen (bei Netzwerkspielen oder Onlinespielen).
• Im Wesentlichen handelt es sich um ein Protokoll auf Anwendungsebene, und es ist somit unabhängig von konkret genutzten Protokollen der Transport- und Übertragungsebene (siehe dazu auch OSI-Modell). DirectPlay realisiert keine Mechanismen für das Zusammentreffen der Spieler (Matchmaking) oder das Abrechnen von Spielteilnahmen.
• Kern bildet die Spielesitzung (DirectPlay Session), welche von einem "Host" genannten Rechner erzeugt und moderiert wird. Spieler sind logische Objekte, von denen es pro Rechner mehrere geben kann, daher wird zwischen lokalen und entfernten Spielern unterschieden. Das Konzept von Spielergruppen wird unterstützt, jeder Spieler kann dabei gleichzeitig mehreren Gruppen angehören. Die Spieler können an andere Spieler Nachrichten versenden (Chat).
• Hinweis: Für viele Spieleentwickler war der gewaltige Overhead von DirectPlay dafür entscheidend, es nicht zu verwenden und lieber einen eigenen effektiveren Netzwerk-Zugriff auf Basis von Winsock zu realisieren. Andere haben sich wegen der festen Bindung an Windows dagegen ausgesprochen, da z. B. für speziell auf Windows-Systemen lauffähige First-Person-Shooter gerne auch eigene Linux-Server entwickelt werden.

DirectShow (ehemals "Direct Media")

• Für die Verarbeitung von Video- und Audio-Dateien.
• Damit lassen sich verschiedenste Arten von Video-Dateien (AVI, MPEG) und Ton-Dateien (zum Beispiel MP3) wiedergeben oder erstellen. Unterstützt auch Internet-Streaming und ist durch sog. DirectShow-Filter beliebig erweiterbar.
• DirectShow ist inzwischen aus dem DirectX SDK entfernt und in das Windows Plattform-SDK aufgenommen worden. Somit gehört DirectShow streng genommen nicht mehr zu DirectX, sondern ist jetzt ein Bestandteil der Windows-Plattform.

DirectSetup

• DirectSetup ermöglicht Programmierern, ihre Installationsroutine automatisch überprüfen zu lassen, ob die benötigte DirectX-Version bereits installiert ist, und diese andernfalls zu installieren.

DirectX Media Objects

• Bietet Möglichkeiten, Audio- und Video-Ströme zu verändern, und kann auch zusammen mit DirectSound und DirectShow verwendet werden.

Die Entwicklungsgeschichte:

Seit Mitte der 1980er Jahre gibt es dank IBM "Computer für Jedermann" welche zu dem Zeitpunkt noch auf MS-Dos setzten. Damit begann auch die Zeit für die Grafische Benutzeroberfläche von Microsoft Windows, welche in den 90er Jahren zunehmend für die verbreiteten Anwendungen portiert wurde. Doch es gab Außenseiter, die Computerspiele für die es noch keine optimierte Programmierschnittstelle gab. Damit blieben die für die Spiele wichtigen Optionen für schnelle Grafik und Audio-Operationen aus.

Ein riesen Erfolg für die 3D-Grafik gab es mit dem Erscheinen von dem Computerspiel Doom. Die Firma id Software welche Doom sowie Wolfenstein 3D entwickelt haben, zeigte damit welch technisches Potential in den "IBM Kompatiblen PCs" steckte, welche bisher als Büro-Computer verwendet wurden. Der große Erfolg lockte auch Microsoft an, etwas mehr Arbeit in eine passende Programmierschnittstelle für Microsoft zu stecken, damit der wachsende Markt an PC-Spielern sich auch für Microsoft-Systeme interessiert und damit von MS-Dos wegzulocken.

Mit dem Erscheinen von Windows 95 wurde zwar einiges Verändert aber eine Programmierschnittstelle für Spiele fehlte trotzdem. Doch man machte sich bei Microsoft schon vorher darüber Gedanken und plante nachträglich eine Spiel-Programmierschnittstelle in Windows 95 einzubauen. Diese Programmierschnittstelle für Spiele, nannte Microsoft "Game SDK", welche aus sehr wenigen Funktionen bestand. So ermöglichte die SDK-Schnittstelle unter anderem das Grafiken direkt in den Grafikspeicher geblittet werden konnten. Doch das gute MS-DOS hatte sich bereits mehrfach bewiesen und so ignorierte die Spieleindustrie die Bemühungen und Entwicklungen seitens Microsoft mit Ihrer "Game SDK" Schnittstelle.

Doch Microsoft arbeitete parallel dazu an "WinG", eine der "Game-SDK" ähnlichen Bibliothek, welche aber hauptsächlich den 256-Farben Modus nutze. Diese Bibliothek "WinG" kam unter anderem bei dem Spiel "Lemmings for Windows" zum Einsatz und war auch für das Windows 3.11 Betriebssystem verfügbar.

Es folgte ein weiterer Versuch seitens Microsoft sich am Siegeszug zu beteiligen. So schaffte es Microsoft mit der DirectX Version 1.0, id Software zu einer Portierung ihres erfolgreichen PC-Spiels "Doom" auf Basis der API-Schnittstelle für Microsoft Windows 95 zu entwickeln.

Die Portierung des Spieles stelle Microsoft auf einer Messe vor um die Entwickler aus aller Welt von MS-DOS wegzulocken und damit, Entwicklungen für Microsoft Windows 95 und DirectX zu tätigen. Leider blieb der Erfolg der Messe für Microsoft aus, da sie den Aufwand für eine gute Programmbibliothek, auf welche Spiele mit optimierter Grafik und Soundfunktionen bauen sollten. Auch einige Jahre nach dem Versuch von Microsoft und DirectX Version 1.0 wurden Spiele für MS-DOS entwickelt, welche nur wenig neue Funktionen mit sich brachten, wie z.b das Nutzen der Autoplay-Funktionalität von Windows.

DirectX 3.0 - 9.0c

Microsoft schaffte es mit DirectX 3.0, welches mit Direct3D erstmalig 3D-Funtkionalität enthielt, von den Entwicklern ernst genommen zu werden. Mit DirectX 3.0 erschienen die ersten Spiele die nur unter Microsoft Windows liefen, nicht wie vorher auch unter MS-DOS. Dazu gehörten unter anderem Tomb Raider II oder Diabolo. Microsoft arbeitete an der Entwicklung von DirectX 4.0 und dort bemerkte man das einige Programmierer auf weitere Funktionen warteten, die für die Version DirectX 5.0 vorgesehen waren. So Beschloss man, DirectX 4.0 nicht zu veröffentlichen und die Funktionen in die darauffolgende Version einzubauen. Mit DirectX 6.0 kam erstmals die heutigen Standardfunktionen wie Multitexturing und Bump Mapping.

Mit der DirectX Version 7 wurde der Funktionsumfang stark erweitert, so gab es Transform and Lightning, Cubic Enviroment Mappung (CubeMaps). Am T&L Paket arbeitete man fleißig weiter in den kommenden Versionen und man erweiterte die Funktionspalette durch Triangle Tesselation und frei programmierbare Pixel und Vertex-Shader.Ein Großteil der Funktionen für Spiele und Multimediaprogrammierung, wie 2D und 3D-Grafik, Video/Capturing, Sound und Musik, Eingabe(darunter auch Force Feedback) sowie Netzwerk, deckte DirectX 8 ab.

Im Juni 2004 erschien die Version DirectX 9.0, welche als größte Erneuerung die "High-Level-Shader Language"(HLSL, C-basiert) bot. Mit dieser Erneuerung konnten die Entwickler leichter wie zuvor 3D-Grafiken und Effekte erstellen. Des Weiteren war die HLSL eine leichte und flexible Entwicklungsumgebung, welche zu allen DirectX-fähigen Grafikkarten kompatibel war und dies erleichterte die Anpassung an die Hardware Eigenheiten. Es gab auch weitere Neuerungen, wie eine Bibliothek, welche Patch-Meshes und normale Polygon-Meshes sowie Echtzeit-Animation bot. Erweitere Programmierfähigkeiten erhielten auch die Direct3D-APIs bei Low-Level Grafiken, welche auf programmierbare Vertex- und Pixel-Shader sowie Shader-2.0-Modellen aufarbeiteten.

In DirectX 9.0 implementierte Microsoft neue Assistenten, welche bei der Erzeugung von DirectX Media Objects(DMOs), Audio-Effekten und DirectMusik-Werzeugen für MIDI-Processing, den Programmierern behilflich sein sollten und DirectX 9.0 bot eine gute Zusammenarbeit mit dem Entwicklungssystem Visual Studio .Net, welches auch von Microsoft stammt. Eine Aktuelle Version von DirectX 9.0 wurde im März 2008 als DirectX 9.0c veröffentlicht. Mit der Version soll der Support für die Nächsten Jahre laut Microsoft gesichert sein, auch wenn Microsoft Windows Vista und damit DirectX 10 und 10.1 erschienen sind.

Anfang 2007 erschien Microsofts DirectX 10.0, welches nur auf Microsoft Windows Vista läuft. Dazu kommt, dass die Grafikkarte DirectX10.0 tauglich sein muss. Benutzt man ältere Systeme wie Windows 98,ME,2000 oder XP, so gibt es als aktuellste DirectX Version 9.0c.

Erneuerungen von der DirectX 10 Version befindet sich nur in der Direct3D Komponente, welche das neue Windows Display Driver Model und Shader Model 4 benutzt. Des Weiteren werden ab Direct3D 10 kaum noch Cap-bits verwendet, was die Entwickler erfreuen wird. Denn bisher mussten sie Ihre Hardware abfragen, nach möglichen Funktionskombinationen, nun muss Microsoft die Erneuerungen der Funktionen als Mindestanforderung der Schnittstelle bekannt geben. Dafür müssen von den Hardwareherstellern bestimmte Funtkionen eingebaut werden, damit diese Hardware kompatibel zu der jeweiligen Direct3D-Version ist. Dies bringt durch optimale Komponenten seitens der Hardwareproduzenten evtl. eine Abhebung von anderen Wettbewerbern.

Das mit Windows Vista SP1 ausgelieferte DirectX 10.1 besitzt folgende Änderungen im Gegensatz zur Direct X10.0 Version. Diese Änderungen betreffen aber nur die Direct3D- Schnittstelle.

• Shader Model 4.1
• vierfaches Antialiasing mit veränderbaren Subpixel-Mustern
• Unterstützung für durchgängiges Rechnen mit 32-Bit-Gleitkommazahlen
• dynamisch adressierbare Cubemap-Arrays
• Rendern in blockkomprimierte Framebuffer
• XAudio 2 löst DirectSound ab

Sollte die Hardware in Form von der Grafikkarte, eine dieser Funktionen nicht beherrschen, so arbeitet die Karte nicht auf der Direct3D-10.1 Schnittstelle sondern muss die Applikation auf Direct3D 10 runter zu setzen. Zu den bisher DirectX 10.1 bekannten Grafikkarten zählen die ATI Radeon HD3000er Serie, HD4000er Serie sowie die S3 Graphics Chrome 400 Serie.

Auf der Gamefest-Messe in Seattle 22.-23. Juli 2008, stellte Microsoft erste Details zur DirectX Version 11 vor . So wurde bekannt, dass alle bisherigen DirectX 10.x kompatible Grafikkarten auch unter DirectX 11 eine vollständige Komptabilität erreichen werden. Dies schließt natürlich die neuen Features von DirectX 11 auf älterer Hardware aus.

Ray Traced

Wesentliche geplante Neuerungen von DirectX 11 sind:

• Shader Model 5, mit dem die so genannten "Compute Shaders" eingeführt werden, womit Microsoft die GPGPU-Programmierung vereinheitlichen möchte.
• Grafikkartenseitige Unterteilung von 3D-Flächen in Dreiecke (Tesselation en:Tessellation), durch die der Detailgrad von 3D-Szenen ohne Belastung des restlichen Systems erhöht werden kann. Dieses Feature wird derzeit schon von einigen AMD-Grafikkarten unterstützt.[5]
• Thread-Unterstützung der Rendering-Pipeline verbessert, insbesondere in Hinblick auf effizientere GPGPU-Programmierung.

So ist auch diesmal wieder die aktuellste DirectX-Version nur für Betriebssysteme ab Windows Vista verfügbar. Die Hardwareseite Gamestar.de hat eine Kurzbeschreibung der einzelnen Merkmale von DirectX 11zusammen gefasst, die wir hier auflisten.

Tesselation: Steht in Crysis ein Gegner direkt vor Ihnen, erkennen Sie viele Einzelheiten, wie die Hautporen, aufgestickte Namensschilder oder eine am Gürtel baumelnde Granate. All diese Details sehen Sie wie im echten Leben aus großer Entfernung nicht mehr. Mussten bislang Programmierer diesen Level of Detail in mühevoller Kleinarbeit selbst bestimmen, soll ihnen in Zukunft die Tesselation diese Arbeit abnehmen. Wenn Ihnen das bekannt vorkommt, haben Sie völlig recht, denn AMD stellte Tesselation schon mit Radeon HD-2000-Serie vor. Allerdings geht Microsoft einen anderen Weg als AMD.

Tesselation:

Compute Shader: Der Compute Shader steht in direkter Konkurrenz zu Nvidias CUDA. Denn mit dem auf Direct3D basierenden Shader will Microsoft der Grafikkarte auch andere Aufgaben aufbürden. So sei dank der massiven parallelen Rechenleistung die Grafikkarte durchaus geeignet für Physik-oder KI-Berechnungen - auch wenn diese derzeit meist von dem Prozessor durchgeführt werden.

Multi Threading: Mit Multi Threading will Microsoft in DirectX 11 den Leistungsgewinn von Mehrkern-Prozessoren deutlich steigern. Haben heutzutage Vierkern-CPUs meist kaum Vorteile gegenüber Dual Cores, soll mit DX11 die Mehrleistung deutlich ansteigen.

Ray Traced / Tesselation

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