DirectX 11技术面面看

更为完美的镶嵌处理（Tessellation）

毫无疑问，多边形是组成3D图像的基石。但是DirectX 10之前的GPU只能对像素进行处理，生成多边形是CPU的工作。比如基于DirectX 9的GPU如果需要建立3D模型，只有依赖CPU，然后重新载入并贴图。DirectX 10在这方面做出了改进，加入了几何渲染单元。但是几何渲染单元并非是想象中可以独立生成多边形的设备。在实际应用中，几何渲染单元更多的是对CPU生成的多边形进行加强、模仿。比如CPU给出多边形信息，GPU利用集合渲染单元将同类型的多边形加以复制处理，或者做出类似于影子的多边形效果。要想独立生成多边形，目前DirectX 10是做不到的。但DirectX 11新增加的镶嵌处理却可以在一定程度上生成多边形——新加入Hull Shader、Tessellator和
Domain Shader这三个渲染单元的目的正是为了完成这项工作。

Tessellation的工作流程示意图

那么镶嵌处理是如何工作的呢？首先，GPU依旧从CPU那里获得多边形数据和资料，顶点渲染单元（实际上是统一渲染架构作为顶点渲染单元使用）生成顶点，并制定控制点；接下来，处理好的资料会被传输到Hull Shader。Hull Shader根据程序将载入控制点，生成如贝塞尔曲线（Bezier
Patch）等平滑曲线，并对数据进行基础处理；而后，Hull Shader会将调整好的数据传输给
Tessellator，利用Tessellator生成大批量的、确定数量的点（Tessellator并不知道控制点的相关信息），这样Tessellator就会在原有多边形的区域内（控制点确定的区域内）确定大量的点；下面，得到数据的Domain Shader会将这些点转换成3D处理中的顶点；后，GPU自行生成大量的曲线，和多边形。

这幅图片说明了BC3和BC7压缩的差别。左侧是原始纹理，右侧是压缩后的纹理，中间是压缩中损失的图形信息的示意图。压缩损失越少，颜色越接近黑色。由于BC7是为低动态范围纹理设计的压缩模式，压缩率虽然不太高，但是在画质效果表现方面依然令人无可挑剔。

Tessellation的优势在于需要少量的数据点就可以生成大量多边形。这项技术应用非常广泛，比如无限远的视距范围内的物体生成，又如运行游戏时，只有走到一定距离，地面物体才会渐次显示出来，如果调节游戏的“远视距”，虽然能够减轻这种现象的发生，但不能根本解决问题。

如果采用Tessellation就可以让游戏中的物体显示在无限远的视距中—远处的物体可以使用低档次的特效等级，近处的物体采用高档次的特效等级。这样就更加真实。另外一个重要的应用在于，CPU的压力被转移到GPU上了，因为CPU不再需要大量生成多边形，只要给予GPU合适的控制点，GPU就可以完成这种简单而重复性高的工作。CPU空闲出来的性能可以更好地完成AI处理等其他工作。

改进纹理压缩

精细的纹理对视觉效果的增益是显而易见的。目前的3D游戏越来越倾向于使用更大、更为精细的纹理，但是过大的纹理严重占用显存和带宽。由于目前纹理压缩仍然不支持HDR图像，因此
DirectX 11提出了更为出色的纹理压缩算法——BC6和BC7。BC6是为HDR图像设计的压缩算法，压缩比为6∶1；而BC7是为低动态范围纹理设计的压缩模式，压缩比为3∶1。两种压缩算法在高压缩比下画质损失更少，效果更出色。

这是一幅对HDR文件的压缩示意图，BC6的压缩相对于原图来说，仅仅损失了极小的画质，却获得了非常出色的效果。

纹理质量对画面效果起着至关重要的作用。比如我们运行3D游戏时，画面内同样一个物体，观察距离较远时，纹理锐利而清晰，但当你拉近视角，近距离细看时，纹理就非常粗糙了。更不用说在某些游戏中还有类似放大镜、望远镜等道具，启用这些道具后，只能看到更为粗糙和不真实的纹理。出现这种问题，一方面是纹理压缩率损失严重，细腻的纹理压缩存放后，损失大量细节；另一方面是大纹理难以保证保证游戏运行速度和软件体积，如果在游戏中大面积采用分辨率高达
4000dpi的纹理贴图，那么显卡的运算资源和显存容量很快就会告罄。因此，DirectX 11快速和直观的改变就是再次改进了纹理的压缩算法，将纹理体积和纹理质量控制在一个相当优秀的范围之内。