Microsoft DirectX là gì?

Nếu sử dụng hệ điều hành Windows, DirectX hẳn là cái tên quen thuộc với bạn, đặc biệt những người yêu thích game được phát triển cho nền tảng Windows. Nhưng bạn đã biết chính xác nó là gì và hoạt động như thế nào chưa? Hãy đọc bài viết sau đây nhé.

Microsoft DirectX là gì?

Microsoft DirectX là một bộ sưu tập các giao diện lập trình ứng dụng (API) để xử lý các tác vụ liên quan đến đa phương tiện, đặc biệt là lập trình game và video trên nền tảng Microsoft. Ban đầu, tên của tất cả các API này đều bắt đầu bằng Direct, chẳng hạn như Direct3D, DirectDraw, DirectMusic, DirectPlay, DirectSound, v.v….

Tên DirectX được đặt làm thuật ngữ viết tắt cho tất cả các API này (X biểu thị cho các tên API cụ thể) và nhanh chóng trở thành tên của bộ sưu tập. Khi Microsoft thiết lập để phát triển một máy chơi game, X được sử dụng làm cơ sở cho tên Xbox để chỉ máy chơi game dựa trên công nghệ DirectX. Ban đầu X đứng trước tên của các API được thiết kế cho Xbox như XInput và Cross-platform Audio Creation Tool (XACT) trong khi mô hình DirectX được tiếp tục cho Windows API như Direct2D và DirectWrite.

Direct3D (API đồ họa 3D trong DirectX) được sử dụng rộng rãi trong việc phát triển các game video cho Microsoft Windows và dòng máy game Xbox. Direct3D cũng được các ứng dụng phần mềm đồ họa khác như kỹ thuật CAD/CAM sử dụng. Vì Direct3D là thành phần được công bố rộng rãi nhất của DirectX, nên thường thấy các tên "DirectX" và "Direct3D" được sử dụng thay thế lẫn nhau.

Bộ phát triển phần mềm DirectX (SDK) bao gồm các Runtime library dưới dạng nhị phân có thể phân phối lại, cùng với các tài liệu đi kèm và các tiêu đề sử dụng trong mã hóa. Ban đầu, các runtime chỉ được một số game và người dùng nhất định cài đặt. Windows 95 không có DirectX, nhưng DirectX có trong Windows 95 OEM Service Release 2. Windows 98 và Windows NT 4.0 đều có DirectX và có trong các phiên bản Windows được phát hành kể từ đó. SDK có sẵn dưới dạng bản tải xuống miễn phí. Mặc dù các runtime là độc quyền, nhưng phần mềm nguồn đóng, mã nguồn được cung cấp cho hầu hết các mẫu SDK. Bắt đầu với việc phát hành Windows 8 Developer Preview, DirectX SDK đã được tích hợp vào Windows SDK.

Các thành phần của DirectX

DirectX được chia thành ba lớp (tầng): Lớp nền tảng (Foundation Layer), lớp media (Media Layer) và lớp thành phần (Components Layer)

* Lớp nền tảng:

Foundation là phần cốt lõi của DirectX, nó là một tập hợp các API cấp thấp tạo nên cơ sở cho những hoạt động multimedia hiệu năng cao trong Windows. Thông qua lớp nền tảng có thể tác động đến các API sau:

+ DirectDraw: Quản lý bề mặt đồ hoạ.

+ Direct3D: Cung cấp tính năng 3D cấp thấp.

+ DirectInput: Hỗ trợ các thiết bị nhập, kể cả các Joystick thế hệ mới.

+ DirectSound: Cung cấp hiệu ứng âm thanh và bộ trộn tiếng.

+ DirectSound 3D: Giúp tạo hiệu ứng âm thanh 3D từ kiểu loa 2D thông thường.

+ DirectSetup: Giúp cài đặt các phần mềm, các Driver một cách tự động

* Lớp media:

Media Layer của DirectX bao gồm các API ở cấp ứng dụng, tận dụng khả năng của lớp nền tảng. Các dịch vụ của lớp media này có tính độc lập với các thiết bị. Lớp media này gồm có:

+ Direct3D: Cung cấp tập hợp các tính năng biểu diễn 3D.

+ DirectPlay: Hỗ trợ nhiều người cùng tham gia chơi game qua mạng.

+ DirectShow: Quản lý các Slide Show.

+ DirectAnimation: Cung cấp khả năng làm hoạt hình.

+ DirectModel: Cung cấp khả năng mô phỏng 3D.

* Lớp thành phần:

Components Layer là lớp trên cùng của DirectX, nó có thể tận dụng các tính năng của hai lớp trên (Media và Foundation) bao gồm:

+ NetMeeting: Hỗ trợ làm việc theo nhóm trong mạng máy tính.

+ ActiveMovie: Bộ các công cụ quản lý và trình diễn phim MPEG, hỗ trợ việc chơi các file âm thanh và phim ảnh.

+ NetShow: Hỗ trợ việc truyền các nội dung multimedia qua Internet.

Cách hoạt động của DirectX

Như đã nói ở trên DirectX được Microsoft xây dựng như là một bộ sưu tập các API cho mục đích xử lý đa phương tiện. Nó bao gồm thư viện DLL lớn, cho phép các nhà phát triển phần mềm đặc biệt là game có quyền truy cập trực tiếp vào phần cứng máy tính. Do đó nhà phát triển có thể tạo đồ họa chất lượng cao nhưng tốc độ nhanh, âm thanh phong phú và không có vấn đề về lập trình cho các thiết bị đầu vào. Tuy nhiên, trong trường hợp phần cứng cần thiết không có trong cấu hình máy tính PC cụ thể, DirectX sẽ mô phỏng chức năng yêu cầu từ phía phần mềm.

Việc đạt được quyền truy cập trực tiếp vào máy tính rất quan trọng. Bạn có thể thấy rõ điều này khi DOS (Disk Operating System - hệ điều hành đĩa từ) ở thời điểm vinh quang. Vào thời điểm đó, các nhà phát triển có thể biến mọi ước mơ của họ thành sự thực trong môi trường máy tính. Bởi vì họ không gặp trở ngại khi truy cập vào loại card VGA, thiết bị đầu vào, card âm thanh, v.v…

Giao tiếp giữa DOS, phần cứng và ứng dụng

Tuy nhiên, khi các nhà sản xuất máy tính bắt đầu phát triển phần cứng phức tạp hơn, các nhà phát triển phần mềm gặp khó khăn trong việc viết đúng code để truy cập vào phần cứng cụ thể.

Nhận thức được vấn đề này, Microsoft đã giới thiệu hệ điều hành Windows 95. Họ hứa rằng máy tính này sẽ trở nên đơn giản hơn bao giờ hết, nhờ sự ra đời của công nghệ Plug and Play. Với công nghệ này, tất cả người dùng PC chỉ cần cắm bất cứ phần cứng mới nào vào máy tính và hệ thống sẽ tự động phát hiện nó.

Windows 95 cũng đi kèm với hệ thống quản lý thiết bị độc lập, tuy nhiên, hầu hết các nhà phát triển phần mềm tại thời điểm này không thấy có gì hấp dẫn để họ phát triển các ứng dụng cho nền tảng này. Kết quả là họ vẫn sử dụng chế độ DOS để chạy phần mềm họ phát triển. Điều này yêu cầu người dùng khởi động máy tính vào chế độ DOS trước khi chạy ứng dụng. Ngoài ra, các nhà phát triển sẽ phải viết hệ thống của họ tương tự như DOS.

Giao tiếp giữa phần cứng và ứng dụng qua Windows 95

Từ những vấn đề này, các nhà sản xuất phần mềm máy tính tạo driver thiết bị và được dùng cho đến ngày nay. Driver được sử dụng để đảm bảo thiết bị phần cứng mới tương thích với bất kỳ kết hợp cấu hình PC nào có thể.

Do đó DirectX trở nên tiện dụng. Hầu hết các hệ thống máy tính hiện nay có khả năng chạy các ứng dụng sử dụng DirectX và ứng dụng không đồng thời một cách khá thuận tiện. Ngoài ra, các nhà phát triển phần mềm có thể viết ứng dụng của họ cho Windows như làm với DOS.

DirectX trong game

DirectX có một bộ sưu tập các lệnh và công cụ quan trọng được ứng dụng hoặc phần mềm yêu cầu để giao tiếp với phần cứng. Đây là lý do tại sao game sử dụng DirectX thường có đồ họa rất cao là photorealistic (ảnh hiện thực). Với DirectX, các nhà phát triển có thể tận dụng tối đa các đơn vị xử lý đồ họa có khả năng 3D, card âm thanh và phần cứng khác nhờ hỗ trợ ngôn ngữ cấp thấp.

DirectX có ảnh hưởng đến hiệu suất game không?

Có. DirectX là một yếu tố khá quan trọng đối với Windows vì nếu không, bạn sẽ không thể chạy game trên hệ điều hành.

Ngày nay, các tùy chọn phần cứng dùng để trang bị cho PC hoặc laptop là vô tận. Có nhiều thế hệ CPU và GPU từ các nhà sản xuất khác nhau cũng như những tiêu chuẩn bo mạch chủ và bộ nhớ khác nhau từ vô số nhà sản xuất khác. Điều này nghĩa là gần như có vô số cách kết hợp phần cứng mà mỗi game phải hỗ trợ.

Như bạn có thể đoán, điều này khiến các nhà phát triển game cực kỳ khó tối ưu hóa game của họ cho phần cứng. Trước đây, các nhà phát triển phải viết driver của riêng họ cho nhiều GPU. Tuy nhiên, các API như DirectX được tiêu chuẩn hóa, nghĩa là một driver từ Nvidia hoặc AMD sẽ làm được mọi thứ, bất kể phần cứng của bạn là gì.

Điều này giúp các nhà phát triển cực kỳ dễ dàng tối ưu hóa game của họ cho nhiều kết hợp phần cứng khác nhau. Lưu ý rằng phần cứng mạnh hơn vẫn sẽ chiếm ưu thế về hiệu suất trong hầu hết các trường hợp, nhưng khả năng tối ưu hóa phần mềm do DirectX thực hiện cho phép các game chạy tốt hơn về tổng thể.

Ngoài ra, DirectX cũng cho phép các tính năng như ray tracing, mesh shader, phản hồi trình lấy mẫu và shading ở nhiều tốc độ. Các tính năng này có thể được phần cứng của bạn hỗ trợ hoặc không, nhưng những nhà phát triển game cần kích hoạt chúng cho game. Các hiệu ứng bao gồm mọi thứ, từ đồ họa trong game tốt hơn đến FPS và hiệu suất tổng thể cao hơn.

Nên sử dụng phiên bản DirectX nào?

DirectX tương thích ngược, vì vậy bạn phải luôn sử dụng phiên bản DirectX mới nhất có thể. Nhưng điều đó không có nghĩa là bạn cần lo lắng về các phiên bản DirectX trên máy tính của mình. Rất có thể bạn đã có phiên bản DirectX mới nhất mà PC hoặc phần cứng của bạn hỗ trợ.

DirectX 12 Ultimate là phiên bản mới nhất tại thời điểm viết bài. DirectX12 và DirectX 11 đã cung cấp khá nhiều tính năng, nhưng DirectX 12 Ultimate thậm chí còn được thêm nhiều tính năng hơn nữa cho phần cứng thế hệ tiếp theo.

Kiểm tra phiên bản DirectX của bạn là một nhiệm vụ đơn giản.

Trên các phiên bản Windows hiện đại, chẳng hạn như 10 và 11, việc cài đặt hoặc cập nhật DirectX yêu cầu chạy bản cập nhật Windows. Nếu vì bất kỳ lý do gì, DirectX của bạn không phải là phiên bản mới nhất (DX12 Ultimate tại thời điểm viết bài), bạn có thể bắt đầu cập nhật Windows thường làm và nó sẽ hiển thị dưới dạng bản cập nhật có thể tải xuống.

Khi nào bạn cần DirectX?

Hầu hết thời gian bạn cần DirectX là khi muốn chơi game được thiết kế cho Windows 98 hoặc hệ điều hành mới hơn. Tuy nhiên, bạn cần phải biết phiên bản DirectX cần dùng. May thay nếu game bạn muốn chơi yêu cầu một phiên bản DirectX không có trong hệ thống, bạn không cần phải lo lắng. Game thường đi kèm với trình cài đặt cho phiên bản DirectX yêu cầu. Ngoài ra, bạn cần đảm bảo cài đặt các driver mới nhất cho phần cứng, đặc biệt là card đồ họa và card âm thanh.