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　　微软在2007年1月31日正式发布举世瞩目的Windows Vista操作系统，而作为重头戏的DirectX 10也史无前例得离我们那么近。本文会DirectX10和统一Shader架构做一些介绍。由于目前NVIDIA的G80为唯一硬件支持DirectX 10的显卡，因而在下面的介绍下，会用G80作为例子。

　　DirectX 10最大的革新就是统一渲染架构（Unified Shader Architecture）。目前的GPU架构还是沿用的分离式渲染架构，目前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。

　　微软认为这种分离渲染架构不够灵活，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。微软在DirectX 10中提出了统一渲染架构，在通用和独立的shader单元中可以执行不同的shader程序，包括vertex、pixel和在DirectX 10中首次提出的geomery shader。而且随着这些通用独立的shader单元功能的不断完善，日后有望执行更多的shader程序，例如物理效果。

　　相对顶点渲染来说，像素渲染将面临大规模使用纹理所带来的材质延迟，这是统一渲染架构急待解决的问题。不过在Geforce880 GPU里面，这种情况得到很大的改善，分组的steam processor都用联立一定数量的texture单元和L1/L2高速缓存。

（更多的纹理意味着物体表面精度更真实）

　　Shader Modle 4.0无论是vertex还是pixel指令，最大指令长度相当于Shader Modle 3.0的128倍（64K），越长越复杂的指令可以产生越真实的画面，Shader Modle 4.0的寄存器也激增到4096个，Constant寄存器采用16×4096阵列。input寄存器采用16/32规格等，上述指标都比以前的DirectX有明显的改进。Shader Modle 4.0允许程序员在渲染物体时使用128个纹理，而DirectX 9只提供4/16规格，更多的纹理意味着物体表面精度更真实，游戏开发者拥有更广泛的选择。

　　在不同应用程序和游戏中，vertex shader和pixel shader的需求比例不尽相同， 十分不幸地在Geforce8800 GPU之前，GPU里面的vertex shader和pixel shader的比例是固定。显然unified的实际适应性更强，从下面的例子我们可以看到在unified shader架构的威力，大大提升了GPU的硬件使用率，尽量避免shader空闲的情况发生。

　　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，Unified shader架构也尽量降低了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，因为他们是通用的。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。