DirectX

Microsoft DirectX est une collection de bibliothèques destinées à la programmation d’applications multimédia, plus particulièrement de jeux ou de programmes faisant intervenir de la vidéo, sur les plates-formes Microsoft et Sony (Xbox, , , , systèmes d’exploitation Windows).

Les différentes bibliothèques 
À l’origine le nom de chacune de ces bibliothèques commençait par Direct, par exemple : Direct3D, DirectDraw, DirectMusic, DirectPlay, DirectSound et ainsi de suite. DirectX étant le nom générique faisant référence à l’ensemble de ces technologies. Avec le temps cette convention de nommage est un peu tombée en désuétude, le X prenant l’ascendant des technologies intitulées Xact, Xinput et qui ont rejoint la grande famille des technologies DirectX. Ainsi lorsque Microsoft s’est lancé dans le développement d’une console faisant un usage intensif de ces technologies, le X était prédominant ce qui a pu conduire au nom Xbox (et par la suite , l' et puis la Xbox  X et S).

Direct3D (la bibliothèque permettant de faire de la 3D temps réel) est largement utilisée dans le développement de jeux pour la plate-forme Microsoft Windows, pour Xbox et . Direct3D est aussi utilisé pour d’autres type d’applications s’appuyant sur des graphismes en 3D de haute qualité pour visualiser des données complexes, par exemple dans le secteur de la CAO/DAO bien que son concurrent OpenGL soit dans ce domaine mieux implanté car existante sur bien plus de plates-formes. Direct3D étant peut-être une des technologies DirectX les plus reconnues, il n’est pas rare de voir le nom DirectX utilisé en lieu et place de Direct3D.

La multitude des composants DirectX existe sous deux formes. L’une uniquement destinée à faire tourner les applications développées en utilisant ces technologies (les ), l’autre étant un kit de développement à l’usage des développeurs. Initialement, les composants destinés à l’exécution des applications étaient redistribués avec les jeux qui en faisaient usage ; sur les versions récentes, ils se trouvent aussi préinstallés avec Windows. Le SDK est quant à lui proposé en téléchargement gratuit à partir du site de développement de Microsoft (MSDN). La partie  est propriétaire et les sources ne sont pas accessibles. Les sources des exemples du SDK sont disponibles avec celui-ci.

Les versions de  étaient utilisées par Windows Vista. Ces deux versions faisaient usage de fonctionnalités propres au nouveau modèle de pilote  apparu avec Windows Vista. La nouvelle infrastructure graphique de Windows supporte la virtualisation du matériel graphique vis-à-vis de multiples applications et services par exemple le  (le gestionnaire de  de Vista lorsque Aero est activé). Précédemment avec Windows XP, les applications avaient un accès exclusif à la carte graphique et pouvaient accaparer les ressources de celle-ci.

Sur PC, DirectX est  en  sur ,  pour , pour Windows Vista et  et 9.0c pour toutes les versions antérieures de Windows.

Composants 
Les composants constituant DirectX sont : 
 DirectX , lui-même constitué de plusieurs API : 
 DirectDraw : destiné aux graphismes en deux dimensions. Cette partie n’est plus mise à jour mais reste utilisée par un grand nombre de jeux. Cette bibliothèque est considérée comme obsolète (), remplacée par Direct2D.
  : remplace, en plus complet, DirectDraw. Disponible pour , et pour Vista sous forme de mise à jour.
 DirectWrite : pour les polices. Offre notamment un anticrénelage bidirectionnel. Disponible pour , et pour Vista sous forme de mise à jour.
 Direct3D (D3D) : Pour les graphismes 3D.
  : Pour énumérer les cartes et les écrans et gérer les  pour  et au-dessus.
 DirectInput : permet de gérer les entrées utilisateur de nombreux matériels comme les claviers, souris et joysticks ou tout autre matériel connectable à un PC, destiné au monde du jeu et disposant des pilotes adaptés. Cette API est obsolète depuis la .
 Xinput : gère les entrées manette . API de nouvelle génération qui remplace DirectInput. Supporté par les contrôleurs compatibles avec la .
 DirectPlay : facilite la communication sur un réseau local ou non. N’est plus mis à jour depuis la .
 DirectSound : permet de jouer et d’enregistrer des sons au format . DirectSound3D (DS3D) : permet de jouer des sons positionné dans un espace 3D. Cette API est obsolète.
 Xaudio : API sonores remplaçant DirectSound. Tire parti de la vitesse des microprocesseurs modernes afin de mixer un très grand nombre de canaux.
  : API sonore haut niveau, construite à partir de Xaudio, permet de faciliter la programmation du son, avec notamment son propre format de banque sonore.
  : pour jouer des morceaux produit à l’aide de l’outil .
  : comprend DirectAnimation pour l’animation web 2D. N’est plus mis à jour.
 DirectShow : pour manipuler les contenus multimédia, audio et vidéo, streamé ou non. Depuis , DirectShow ne fait plus partie du SDK DirectX et a été déplacé dans le . 
 DirectX  pour des effets web, et Direct3D  pour faire de la 3D avec une API de plus haut niveau. DirectShow contient aussi DirectX  pour effectuer des opérations sur les signaux audio et  (DXVA) pour bénéficier d’une décompression matérielle des contenus vidéo compressés.
  : composants additionnels pour des applications en rapport avec les , encodeurs, décodeurs, effets. 
  : permet de faciliter le déploiement des composants DirectX. Les fonctionnalités proposées par DirectX sont exposées sous forme d’interfaces et objet COM. Par ailleurs, des objets managés ont aussi été créés au-dessus de certaines parties de DirectX, comme  (s’appuyant sur  et des portions de DirectSound) ainsi que la bibliothèque graphique de XNA.
  : API apparue lors du lancement de , visant à utiliser la puissance de calcul des GPU de  (ATI HD---- ou Nvidia GT- ---). La parallélisation massive des instructions des GPU graphiques permettant d'accélérer singulièrement les traitements/calculs lourds, en termes de « temps », pour un CPU classique. Des bibliothèques de programmation telles que « CUDA », «  » ou encore « OpenCL », ont été mises à disposition des développeurs. Voir  GPGPU

Historique

Jusqu'à DirectX 9 

En 1994, Microsoft était sur le point de lancer son système d’exploitation, . Un des facteurs déterminants du succès de tout système d’exploitation (OS) reste la gamme des logiciels qu’il permet d’exécuter. Trois employés de Microsoft  étaient alors de fait assez préoccupés qu’un certain nombre de développeurs semblaient penser que l’OS précédent de Microsoft, MS-DOS, constituait une meilleure plate forme pour les jeux, ce qui pouvait signifier que moins de jeux seraient développés pour  avec l’impact négatif sur le succès de ce système d’exploitation que cela pouvait impliquer.

MS-DOS permettait un accès direct à la carte vidéo, au clavier, à la souris, aux cartes sons, et à d’autres parties du système contrairement à  qui introduisait des notions d’espace d’adressage propre à chaque processus. Microsoft se devait donc de fournir aux développeurs ce qu’ils voulaient ; par ailleurs, il était nécessaire de le fournir rapidement, la date de sortie du nouveau système d’exploitation n’étant plus distante que de quelques mois. Eisler, St. John et Engstrom se mirent alors à travailler sur la solution à ce problème qu’ils appelèrent DirectX.

La première version de DirectX fut livrée au public en  sous l’appellation de . Il s’agissait du remplaçant pour Win32 de  et de l’API WinG disponible pour . Une équipe de développement d’ATI Technologies soumit à l’attention de Microsoft un certain nombre de technologies graphiques spécifiques au monde du jeu. Le développement de DirectX fut conduit par l’équipe de Eisler (chef développeur), St. John et Engstrom (gestion de projet). Pour résumer, il permit à toutes les versions de Windows depuis  de bénéficier de capacités multimédia performantes. Eisler a écrit sur son blog sur la frénésie avec laquelle les versions de  à 5 furent réalisés.

Avant l’existence de DirectX, Microsoft avait déjà inclus le support d’OpenGL sur  Windows NT. À cette époque, OpenGL nécessitait du matériel haut de gamme qui restait réservé aux utilisateurs disposant de moyens financiers importants comme dans le monde de l’industrie et plus généralement les utilisateurs de système CAO. Direct3D (introduit par Eisler, Engstrom et St. John comme une alternative à l’OpenGL de SGI) était destiné à être une technologie compagnon plus légère et spécialisée pour les jeux. La puissance des cartes graphiques et des ordinateurs évoluant rapidement, OpenGL devint de son côté un standard de fait et une technologie accessible à tous. À ce moment-là, l’affrontement a pu faire rage entre les supporters de chacune des deux API, l’initiative de Microsoft étant perçue comme une volonté de marginaliser l’utilisation d’OpenGL (voir  ou Direct3D vs. OpenGL). Quoi qu’il en soit, OpenGL est parfois utilisé conjointement à certaines API DirectX : en effet, OpenGL est le pendant de Direct3D et n’inclut pas nécessairement des fonctionnalités permettant de gérer les entrées clavier ou souris ou le son. Ce même si  des bibliothèques comme SDL remplissent aussi ces besoins et sont aussi largement utilisées.

Dans sa version console, DirectX a été utilisé comme une épine dorsale des API proposés pour développer sur Xbox et . L’API fut développé conjointement par Microsoft et Nvidia, qui fournissait le matériel graphique présent sur la Xbox originale. L’API disponible pour cette version de la Xbox était peu ou prou équivalent à , elle portait le nom DirectXbox, ce qui fut raccourci en Xbox pour obtenir le nom commercial.

En 2002, Microsoft livrait  qui bénéficiait d’un support pour des  plus long et la  des . Depuis, Microsoft n’a cessé de faire évoluer  en ajoutant par exemple le support du  avec la version , livrée en .

En , DirectShow a été déplacé du SDK DirectX vers . En revanche, DirectX est toujours nécessaire pour compiler les exemples DirectShow.

DirectX 10 

 est une mise à jour majeure de l’API DirectX. Disponible uniquement à partir de Windows Vista, les versions antérieures de Windows ne peuvent exécuter des applications s’appuyant exclusivement sur cette version de l’API. Les changements introduits par  sont profonds, mais seule la partie Direct3D est réellement concernée par ceux-ci.
De nombreuses parties de l'API DirectX sont considérées comme désuètes dans la dernière version du SDK et ne sont plus présentes que pour des questions de compatibilité : DirectInput s’efface au profit de XInput, DirectSound en faveur de XACT et Xaudio2 et perd son accès direct au matériel sur Windows Vista. En effet, la nouvelle pile audio de Vista introduit une nouvelle API intitulé WASAPI sur laquelle les fonctionnalités de DirectSound ont été redirigées. La bibliothèque DirectPlay DPLAY.dll a aussi disparu et a été remplacée par une bibliothèque intitulée dplayx.dll. 

Pour des raisons de compatibilité, plusieurs versions de Direct3D sont installées sur Windows Vista :
 offre les mêmes fonctionnalités que la version de  disponible pour . Ce sera la seule version disponible tant qu’un pilote  n’aura pas été installé avec Vista, par exemple juste après une mise à jour alors que seul un  (XPDM) est présent. 

Direct3D 9Ex (aussi connu comme 9.0L ou 9.L, le L faisant référence à , nom de code de Windows Vista utilisé avant sa sortie) : Cette version permet de bénéficier de certaines fonctionnalités introduites par l’utilisation des pilotes WDDM tout en maintenant la compatibilité avec les applications écrites pour . L’interface Windows Aero s’appuie sur  et utilise certaines des fonctionnalités non présentes dans  comme la possibilité de partager des surfaces DirectX entre plusieurs processus. 

 : Destiné à fournir l’accès le plus direct et le plus total aux cartes graphiques modernes par le biais du nouveau modèle de pilote . Cette version contient un nombre important de nouvelles fonctionnalités comme la possibilité d’utiliser le langage HLSL dans sa version . 

 est quant à elle une mise à jour mineure de  qui est distribué et nécessite le  de Windows Vista. Cette version ajoute quelques fonctionnalités supplémentaires permettant de donner plus de contrôle aux développeurs sur la qualité de l’image obtenue. Cette version a ses propres prérequis et nécessite le support du  des opérations à virgule flottante sur . 

 continue d’utiliser pleinement les cartes compatibles , mais pour bénéficier de l’ensemble des nouvelles fonctionnalités, il faut bénéficier d’une carte adéquate.

DirectX 11 

Microsoft a dévoilé  à la 'Gamefest 08' de Seattle, avec les caractéristiques prévues incluant le support GPGPU ), le Direct3D 11 avec tessellation ainsi que l'amélioration du , pour aider les développeurs de jeux vidéo à réaliser des logiciels .  tourne sur Windows Vista et . Il fonctionne également sur les versions suivantes. Des éléments des nouvelles API comme le '' peut être supporté par les matériels . La tessellation matérielle ainsi que le '' nécessite . Microsoft a depuis mis à jour .  est un sur-ensemble de  — toutes les caractéristiques de la  y sont présentes, les nouvelles fonctionnalités ne sont disponibles que lorsque c'est nécessaire. Ceci pour une meilleure compatibilité.

 est présent dans . Il supporte  pour de meilleures performances, propose une intégration améliorée de Direct2D, Direct3D, DirectCompute, et inclut DirectXMath, , ainsi que des bibliothèques XInput  XNA. Il comprend également le support 3D stéréoscopique.

 est une exclusivité . Cette évolution de l'API apporte le support de , un partage dynamique des ressources entre les différentes mémoires de l'ordinateur (nommé ) ainsi que d'autres évolutions mineures.

 est une nouvelle évolution de l'API qui dispose de certaines fonctions de , surtout au niveau de Direct3D.

DirectX 12 
Le , Microsoft a officialisé l'annonce de  lors de la  du 17 au  à San Francisco. Cette version de DirectX est disponible sur ,  et  et propose un accès plus bas niveau aux ressources du circuit graphique dans le but d'offrir de meilleures performances et une consommation d'énergie réduite. Le moyen utilisé étant de faciliter la répartition des ressources utilisées, pour mieux exploiter les multi-processus et les multi-cartes graphiques.

DirectX 12 est supporté par tous les GPU de Nvidia à partir de Fermi, sur les puces d'AMD basées sur GCN et sur les GPU Intel à partir de Haswell.

 (DXR) a été annoncé en mars 2018, capable d'effectuer du ray tracing en temps réel sur les GPU qui le supportent et l'API DXR a été ajoutée dans la mise à jour de Windows 10 d'octobre 2018.

Le , Microsoft a annoncé le portage de  sur Linux, dont le code source est en  et en libre consultation.

DirectX 12 Ultimate

Microsoft a annoncé DirectX 12 Ultimate en mars 2020. DirectX 12 Ultimate réunira sous une même bibliothèque les ordinateurs sous Windows 10 ainsi que les Xbox Series X et autres consoles Xbox de neuvième génération. Les nouvelles fonctionnalités d'Ultimate comprennent notamment , le Variable Rate Shading, qui donne aux programmeurs le contrôle du niveau de détail du shading selon des choix de conception, les Mesh Shaders et le Sampler Feedback.

Portages hors Microsoft 
Bien que DirectX soit une API conçue pour le système d'exploitation Windows, il existe des pilotes et des bibliothèques logicielles qui fournissent une partie de son API sur d'autres systèmes d'exploitation comme :
 Wine : qui permet à des programmes conçus pour fonctionner sous Windows de fonctionner aussi sous Linux ou Mac OS X en redirigeant entre autres les appels Direct3D vers OpenGL.
 Gallium3D : qui propose l'API de  de manière native sous n'importe quel système d'exploitation sous réserve qu'un pilote Gallium3D soit présent sur le système cible.

Versions

Compatibilité 
Des API comme Direct3D et DirectSound interagissent directement avec le matériel par le biais de pilotes. Les fabricants de matériel doivent écrire ces pilotes pour une version spécifique du DirectX ‘’ (ou DDI). Des versions anciennes de DirectX incluaient un certain nombre de mises à jour de pilotes DirectX mais cette pratique fut abandonnée au profit de  qui peut permettre aux utilisateurs de télécharger uniquement les pilotes propres à leur matériel.
Les versions antérieures à  étaient vouées à être compatibles avec des pilotes anciens, il était possible d’utiliser des versions plus récentes de DirectX avec des pilotes écrits pour supporter une version plus ancienne du DDI. Par exemple, un jeu s’appuyant sur  pouvait fonctionner sur une machine équipée d’une carte n’ayant qu’un pilote développé à l’époque de . Par contre avec  sur Vista, compte tenu de l’ampleur des changements et du fait que certaines fonctionnalités exposées par l’API ne sont disponibles que grâce au nouveau modèle de pilote, il est impossible d’utiliser une application développée pour cette version de DirectX sans pilote correspondant au nouveau modèle de pilote . Plusieurs versions de DirectX sont préinstallées avec de nombreuses versions de Windows de façon à supporter des applications écrites avec des versions anciennes de cette API tant que celles-ci n’ont pas été réécrites pour la version la plus récente et continuent d’être utilisées.

En 2002, Microsoft mettait à disposition des développeurs une version du SDK DirectX amenant des  permettant d’utiliser DirectX à partir de code managé, que cela soit en , C# ou tout autre langage supporté par le . Ces  étaient regroupés sous l’appellation «  » (ou MDX), et permettait d’obtenir des performances qui n’avaient pas nécessairement à rougir de la comparaison avec ce qu’il était possible d’obtenir en C++ natif. En , ,  et , Microsoft mis à disposition des développeurs des mises à jour successives de cette technologie pour aboutir à la  qui n’a jamais existé que sous la forme d’une version bêta ayant expiré le .

Au cours du  de 2006, Microsoft présenta le  XNA GSE, voué à être la nouvelle bibliothèque permettant aux développeurs souhaitant réaliser des jeux en utilisant un langage .Net d’accéder aux fonctionnalités DirectX. Ce  a par ailleurs pour objectifs de faciliter leur travail en regroupant des fonctionnalités qui pouvaient se trouver au préalable éparpillées dans des  différents. Ce  supporte aussi l’exécution des applications produites sur . La version  fut livrée le , sous la forme d’un paquet téléchargeable gratuitement. Contrairement à DirectX ou à , les composants du  XNA GSE ou les API issues de la  (XInput, XACT) ne sont pas préinstallés avec aucune version de Windows, aussi il est recommandé de les installer en même temps que tout jeu en faisant usage.

Au début de 2013, Microsoft annonce la fin du développement de XNA et son retrait du programme de certification MVP () le . La communauté  prend alors le relai avec des  tel que MonoGame (étant une implémentation  de XNA) et des API comme SharpDX faisant des appels à du code natif DirectX (comme le faisait ).

64 bits & 32 bits 
Le système DirectX est compatible avec tous les systèmes d'exploitations Microsoft,  (x86), et  (x64).

Alternatives 
Il existe plusieurs bibliothèques qui couvrent souvent une partie des fonctionnalités de DirectX. Utiliser une combinaison de celles-ci peut permettre d’obtenir le même ensemble de fonctionnalités que DirectX, on peut citer SDL, Allegro, OpenMAX, OpenML, OpenGL, OpenAL, Vulkan, FMOD Ces bibliothèques peuvent présenter l’avantage de permettre de développer des applications portables sur d’autres systèmes d’exploitation que Windows. Ces bibliothèques sont pour la plupart issues de projets .

D’autres projets, comme une partie de Wine, visent à fournir une implémentation alternative du même ensemble de fonctionnalités.

Notes et références

Voir aussi

Liens externes 
  FAQ DirectX pour les développeurs
  Tutoriels sur le développement avec DirectX
  
  Site DirectX MSDN France

Bibliothèque logicielle graphique
Interface de programmation
Microsoft Windows