Microsoft DirectX

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Microsoft DirectX（ダイレクトエックス）は、マイクロソフトが開発したゲーム・マルチメディア処理用のAPIの集合である[1]。Windows・Xbox・Xbox 360・Xbox One向けのようにマイクロソフトのデバイスに広く利用されている。DirectX互換のビデオカードを利用することにより、高品質の3次元コンピュータグラフィックスを高速にレンダリングできる。オーバーヘッドを少なくしたデバイスの仮想化を提供する。

DirectX Runtime

DirectXを使用したアプリケーションプログラムを実行する際、「xxx.dllが見つからなかったため、このアプリケーションを開始できませんでした。……」といったエラーに対処するには、DirectX Runtimeのアップデートが必要になる[2][3]。また、使用するOSによっては完全に実行不可能である場合もある（例えばWindows XPではDirectX 10以降を使用したアプリケーションは実行できない）。

DirectXのランタイムには大きく分けて2種あり、1つはd3d11.dllやd2d1.dllなどのような基本システムコンポーネントランタイム、そしてもう1つはd3dx11_43.dllやXAudio2_7.dllといったSDK依存の追加ランタイムである。ともにCOMコンポーネントであることに変わりはないが、前者はWindows OSのセットアップ時（プリインストール）、もしくはWindows Updateなどを通して最新のサービスパックや更新プログラムの適用時にインストールされる一方で、後者はアプリケーションの開発に使用したDirectX SDK（Windows SDK）のバージョンに依存し、またWindows Update経由でのインストールはできないため、マイクロソフトの配布サイトからDirectXエンドユーザーランタイムのセットアッププログラムをダウンロードして明示的にインストールするか、もしくはDirectXアプリケーションの開発者がアプリケーションのセットアッププログラムに必須ランタイムのインストール機能を含める必要がある[4]。

Windows 8.x以降は前者のランタイムに加えて後者のランタイムのうち特定のバージョンが最初からシステムコンポーネントとしてプリインストールされており、Windowsストアアプリの開発では基本システムコンポーネントと、この特定のバージョンの追加ランタイムのみを使うことができる[5] [6]。

DirectX のコンポーネント群

DirectXの機能のうち、大部分はCOMインタフェースの形で提供されている[7]。 DirectXのランタイムライブラリとSDKは、いずれもマイクロソフトのウェブサイトから無償でダウンロードできるが、プロプライエタリでソースコードは非公開である。また、単独のDirectX SDKは「June 2010」が最終バージョンであり、Windows 8向けの開発キットであるWindows SDK 8.0がリリースされた際にWindows SDKへと統合された[8]。

  • DirectX Graphics: DirectX 8からの名称。
  • DirectX Audio: DirectX 8からの名称。
  • DirectX Input
  • DirectPlay: ネットワーク通信。8以降更新されていない。
  • DirectShow: 各種音声・動画の再生・作成。APIの提供はDirectX SDKからWindows SDKに移行されている。
  • DirectAnimation: 2D webアニメーション用。
  • DirectTransform: webのインタラクティブ性と高レベルな3DグラフィックスのためのDirect3D Retained Mode。
  • DirectX Media Objects: エンコーダー、デコーダー、エフェクトといったストリーミングオブジェクトのサポート。
  • DirectSetup: DirectXランタイムのセットアップ用であり、正確にはAPIではない。
  • DirectX Video Acceleration (DXVA) : 動画処理 API。バージョン1.0はDirectShowの一部だったが、Windows Vistaから利用可能なバージョン2.0はDirectShowやMedia Foundationからは独立している。

歴史

1994年終盤、マイクロソフトはWindows 95をリリースしようとしていたが、当時のプログラマーは、Windows 95よりもむしろMS-DOSの方がゲームプログラミングに適していると考える傾向にあった[9][10]。「どのようなプログラムを作れるか」というのはOSの評価基準として大きなウェイトを占める。マイクロソフトの三人の社員、クレイグ・アイスラー、アレックス・ジョン、エリック・イングシュトロームは、この傾向を危惧していた。

MS-DOSの環境下では、プログラムはビデオカード、キーボード、マウス、サウンドカードなど様々なシステムパーツに直接アクセスできていたが、Windows 95ではメモリ保護のためにこれらの直接のアクセスが制限されてしまっていた。あと数ヶ月でWindows 95がリリースされるという中で、マイクロソフトはWindows 95におけるプログラムの自由度を上げる仕組みを作り上げなければならなかった。アイスラーとジョンとイングシュトロームの三人はこれらの問題解決に乗り出した。こうして作られたのがDirectXである。

DirectXの最初のバージョンはWindows Games SDKとして1995年9月にリリースされた。これはWindows3.1にあったWinG APIとDCIとを32ビット用に移植したものである。このとき、マイクロソフトはATIの開発チームからゲームグラフィックの基本部分についての技術提供を受けた。これ以降、アイスラー（開発リーダー）、ジョン、イングシュトローム（プログラム責任者）の三人のチームを中心としてDirectXの開発が進められ、最終的にはこれ以降のすべてのWindowsにおいてDirectXがマルチメディア機能を担うことになった。DirectX 1から5までの開発でのドタバタは、アイスラーのブログに詳しく書かれている[11]。

DirectXの登場より前に、マイクロソフトはOpenGLをWindows NTに搭載してしまっていた[12][13]。OpenGLは、動作に（当時においては）ハイスペックな環境が必要だった上に、用途もCADやエンジニアリングに限られていた。そんな中Direct3Dは、ゲーム用としてはオーバースペック気味だったOpenGLの軽量版として設計され、ここからDirect3DとOpenGLとの、ユーザー同士の対立が始まった。Windows専用だったDirect3Dはマイクロソフトの3E戦略（embrace,extend,extinguish―吸収、拡大、根絶）だとOpenGLユーザーから非難されることとなった。しかしDirectXには、サウンドやジョイスティックなど、OpenGLがカバーできない機能が含まれていたため、DirectX上の他のAPIとOpenGLとを組み合わせて使われることが多かった。後にはOpenGLとSDLの組み合わせも多い。 現在のOpenGLはDirect3Dが先行して実装したジオメトリシェーダーやコンピュートシェーダーといった機能を数年遅れで取り入れるなど、Direct3Dの影響を受けている部分がある[14][15]。

ゲーム機では、セガのドリームキャストにWindows CEと共にDirectXが世界で初めて用いられた[16]。その後、マイクロソフトのXboxとXbox 360にも搭載された。XboxのコンソールAPIはマイクロソフトとNVIDIA（Xboxのカスタムグラフィックチップの開発元）で共同開発された。Xbox APIはDirectX 8.1に近いが、コンソール上からアップデートができないところが他と異なる。XboxのコードネームはDirectXboxだったが、商品名は短縮してXboxとなった[17]。

2002年にマイクロソフトは、以前よりもはるかに長いシェーダープログラムを扱えるシェーダーモデル2.0（頂点シェーダー2.0、ピクセルシェーダー2.0）をサポートしたDirectX 9をリリースした。2004年8月にはシェーダーモデル3.0を導入したDirectX 9.0cをリリースし、それ以降もDirectX一式の更新を続けている。

2005年4月の時点でDirectShowはDirectXから取り除かれ、代わりにMicrosoft Platform SDKへ移動した。しかしDirectShowのサンプルをビルドするためにはDirectXが必要である[18]。

2006年にリリースされたDirectX 10は、WDDM/DWM/DXGI 1.0とともにWindows Vista専用として提供され、Windows XP以前のOSにはバックポートされなかった。

GPGPUのために導入されたAPI、DirectComputeについては、当初はDirectX 11（シェーダーモデル5.0）世代のハードウェアのみに対して提供される予定だったが、2008年11月に開催されたハードウェア技術者向け国際会議「WinHEC 2008」にて「DirectX 10.1からサポートする」との発表があった。 これによりDirectX 10.x（シェーダーモデル4.x）世代のGPUでも、DirectX 11 APIを通してDirectComputeが利用できるようになった[19]。

DirectX 11.0のリリース後、Windows 8/8.1向けにそのマイナーアップデート版としてDirectX 11.1/11.2がリリースされたが、メジャーアップデートとなるDirectX 12のロードマップは長らく示されていなかった。その間、OpenGLは組み込み向けのOpenGL ESとともに順調にバージョンアップを重ね、DirectXに追いつくだけでなく一部ではDirectXを超える機能をサポートし始めている[20] [21] [22] [23]。AMDは従来のDirectXやOpenGLよりもハードウェアに近いローレベルな制御を可能とする独自APIとして2013年にMantle (英語版) を発表した[24] [25]。GDC 2014ではついにDirectX 12の発表が行なわれた[26]が、DirectXが最先端のリアルタイムグラフィックスシーンを牽引していた時代から変化を迎えつつある。

リリース履歴

DirectX 11.2はWindows 8.1/Xbox One専用のバージョンである[27]。Windows 7（一部DirectX 11.1に対応）/Windows VistaにおいてはDirectX 11.0、Windows XP・2000/Me/98/98SEはDirectX 9（9.0c）、Windows 95はDirectX 8（8.0a）が最新バージョンとなる。ただしPC-9800シリーズの場合はDirectX 7（7.0a）が最新バージョンであり、それ以上のバージョンは制限を解除しないとインストールできないようになっている[28]。またWindows NT 4.0ではSP3以降に付随するDirectX 3相当機能が最新バージョンとなる。

バージョン 概要 日付
WinG、Display Control Interface Windows 3.1時代。
DirectX 1.0 ゲーム作成用のAPI集GameSDKとして発表された。 1995年10月
DirectX 2.0 Direct3D (Immediate Mode, Retained Mode) の登場。 1996年6月
DirectX 3.0[29] DirectSound3D登場、DirectInputの統合。Windows NT 4.0ではSP3以降に同梱。 1996年9月25日
ActiveMovie1 DirectShow の前身。ActiveX の1コンポーネントであり、DirectX には含まれない。 1996年11月5日
DirectX 4.0 登場予定だったが、DirectX 3.0からはわずかな変更であり、既にDirectX 5.0がロードマップ上にあったため、ベンダーの要望によりキャンセルされた。
DirectX 5.0 Direct3D に DrawPrimitive（OpenGL のようなプリミティブ単位の描画機能）が登場。Windows 98 には DirectX 5.2 が搭載された。 1997年8月4日
DirectX Media DirectShow および DirectAnimation のみ頒布。「DirectX」は総称だが、特に区別する場合は「DirectX Foundation」「DirectX Media」と使い分ける事がある。 1997年12月1日
DirectX 6.0 3D描画向けの「Direct3D」の強化、AMD提唱の3D向け命令セット「AMD 3DNow!」への対応や、ジオメトリパイプラインの見直し、テクスチャデータ圧縮機能のサポートなどにより高速化が図られたほか、シングルパス・マルチテクスチャやバンプマッピングのサポートなど表現力の向上。 1998年8月7日
DirectX 6.1 DirectMusic登場。SSEのサポート。Windows 98 SEに搭載。 1999年2月3日
DirectX 7.0 Visual Basicをサポート、Direct3Dの機能強化（ハードウェアT&Lのサポート）。Windows 2000に搭載され、NT系列でも最新機能が使えるようになった。 1999年9月22日
DirectX 7.1 Windows Meに搭載された。 2000年
DirectX 8.0 DirectDrawとDirect3Dが統合されてDirectX Graphicsに、DirectSoundとDirectMusicが統合されてDirectX Audioと呼ばれるようになった。Windows 2000および9x系で使用可能。 2000年11月9日
DirectX 8.1 Windows XPに搭載。Windows 2000・Me・98用に単体配布もされている。このバージョンより95が対象外となった。 2001年
DirectX 8.2 Windows 2000およびWindows XPで使用可能。短期間配布された。 2002年
DirectX 9.0 各コンポーネントの機能強化が中心。DirectX 9.0cがWindows XP SP2に搭載された。Windows 2000・Me・98用に単体配布もされている。
この頃から、DirectXのバージョンが上がっても、更新されるのはDirect3Dだけとなりつつあるため、DirectX 9.0ではなくDirect3D 9.0と呼ばれるようになる。 		2002年12月20日
Direct3D 9.0Ex Windows Vistaに搭載されている、Direct3D 9.0の改良版。Windows VistaのWindows AeroはDirect3D 10ではなく9Exで描画されている。 2007年
DirectX 10.0 Windows Vista以降でのみ、利用可能。DXGIやジオメトリシェーダーが導入された。 2007年
DirectX 10.1 Windows Vista SP1以降でのみ、利用可能。GPUの仮想化技術の実装。 2008年
DirectX 11.0 Windows Vista SP2とWindows 7以降で利用可能。高精細な描画を可能にするテッセレーションのサポートや新たな命令セットが追加されたほか、GPUコンピューティングを実現するDirectCompute (DirectX Compute Shader)、マルチコアCPUに対応したマルチスレッディング処理、HDR圧縮などの新機能を実装している。 2009年
DirectX 11.1 Windows 8で利用可能。一部機能はWindows 7にもバックポートされた。 2012年
DirectX 11.2 Windows 8.1・Xbox Oneでのみ利用可能[27]。 2013年
DirectX 12 よりハードウェアに近いローレベルな制御を可能とするAPIとなることが予定されている。Windowsのほか、Xbox Oneに対応予定[30]。

DirectX 4はリリースされなかった。Raymond Chenの著書The Old New Thing（邦訳：Windowsプログラミングの極意 歴史から学ぶ実践的Windowsプログラミング!）によると、DirectX 3がリリースされた後に、マイクロソフトは4と5の開発を同時に始めた。Version 5がより実りの多いものになる予定だったのに対し、version 4は小幅な機能拡張を伴う短期リリース版となる予定だった。DirectX 4に実装される予定の機能はゲーム開発者の興味をそそらずに棚上げされる結果となり、またドキュメントはこれら2つのバージョンを明確に区別して執筆しており、マイクロソフトは（version 5の）機能はversion 5のためのものだと記述するため、version 4を再利用しないこととなった[31]。

Managed DirectX (MDX)

Managed DirectXは.NET Frameworkで動作するアプリケーションからDirectXを呼び出すためのAPIである。Managed DirectXを使うと、.NET Framework上で動作するどんな言語からでもDirectXを呼び出すことができる。また、テクスチャオブジェクトをSystem.Drawing.Bitmapオブジェクトから生成できるなど、.NET Frameworkとの相互運用も強化されている。なお、Managed DirectX 1.1のグラフィックスコンポーネントはDirect3D 9およびD3DX 9を内部で使用している。Managed DirectX 1.1の後継であるManaged DirectX 2.0の開発は中止され[32]、Microsoft XNA (XNA) に置き換えられることになったが、そのXNAも2014年4月に開発・サポートを終了することが報じられている[33]。

SlimDX

Managed DirectXはキャンセルされたが、後継のXNAは基本的にC#からしか利用できない上、Xbox 360とWindows双方に互換性のあるコードを記述することを主目的として開発されており、Managed DirectXの方向性とはやや異なるAPI（ゲームアプリケーション向けのフレームワーク）となっている。このため、Windowsプラットフォームにおける.NET用にDirectXのAPIをカプセル化した、SlimDXと呼ばれるライブラリが有志によって開発・提供されている。

テンプレート:Main

Windows API Code Pack for Microsoft .NET Framework

Windows VistaやWindows 7の拡張的なUI機能等の対応が主な内容だが、DirectX 10以降のサポートも含まれている。2009年4月からアルファ版が公開されていたが、同年8月6日にバージョン1.0に移行した。Windows API Code Packでは、以下のAPIがサポートされている。

  • Direct3D 11.0
  • Direct3D 10.1/10.0
  • DXGI 1.0/1.1
  • Direct2D 1.0
  • DirectWrite
  • Windows Imaging Component (WIC) APIs.

（DirectWrite and WICは一部の対応）

OpenGLとの関係

テンプレート:Seealso テンプレート:出典の明記 テンプレート:独自研究 DirectXのうちDirectX Graphics (Direct3D) は、同じくリアルタイム3次元コンピュータグラフィックス (3DCG) を扱うためのAPI集合であるOpenGLとしばしば比較される。

主な違いは、DirectXは基本的に3DグラフィックAPIのみに限定されるものではなく、サウンド処理やヒューマンデバイス入出力処理、ネットワーク処理までを内包するトータルなマルチメディアアプリケーション（代表的なものはゲームなど）の作成用API/SDKを指向するものである[34]一方、OpenGLは純然たる3DグラフィックAPIとして設計されている点にある。またDirectXはWindowsや、Windows系OSを採用したDreamcastやXbox、Xbox 360等のゲーム機の動作する限られたプラットフォームでしかサポートされないのに対し、OpenGLはクロスプラットフォームであるという点である。

DirectXはその出自から、主にWindows用ゲームの分野で使用されてきたが、Direct3Dに関しては同環境における標準的な3DグラフィックAPIとしても用いられるようになり、ゲームに限らない一般的な3Dアプリケーションや、オペレーティングシステムのグラフィカルシェル環境にまで用いられるようになった[35]。

一方のOpenGLは、歴史的および機能的な理由から、3DCGの製作工程やCAD、データ可視化などの用途に、グラフィックワークステーションやEWS等のプロフェッショナルな分野で使用されてきた。またパーソナルユーザー向けの3Dデスクトップ環境において標準的な描画APIとしても用いられており、これらの環境では3DビデオゲームのグラフィックAPIとしても標準的な立場にある。このように、両者をその用途によって明確に区別することは困難となりつつある。

また、Direct3Dが標準的な3DグラフィックAPIとして定着したPC/Windows系の環境においてもOpenGLは今なお共存しており、実際にDirectXの登場以前から登場初期頃には、PC (Windows) 用ゲームの3DグラフィックAPIとしてOpenGLや、OpenGLを簡略化し3dfx社製グラフィックカードVoodooの専用APIとしたGlideがデファクトスタンダードとして用いられて来た歴史もあり、両者を比較する文脈においてよく言われるような単純な競合関係として説明することも、実態として困難と言える。近年では、3DCG製作ソフトにおける作業中のリアルタイムプレビュー表示に、Direct3DとOpenGLのうちどちらを使用するかをユーザーが選択できるものも存在する。

なお、Windows Vista以降ではデフォルトでOpenGLはDirect3DのラッパーAPIとして実装されている。デバイスドライバにより、任意のレイヤーからラッパーAPIからネイティブAPIに置き換える、テンプレート:要出典で、OpenGLアプリケーションを実行していても実はDirect3Dを駆動している場合がある（特に低価格グラフィックスボードはMicrosoftの実装によりOpenGLの実体をDirect3Dまかせにしている）。この機構はOpenGLのほかにGraphics Device Interface (GDI) にも適用されており、MicrosoftがDirectXの実装を推進する基盤となっている。

DirectXはGPGPU用APIであるDirectComputeをその一部として包括的に実装しており、Direct3Dとの相互連携が可能となっているが、OpenGLもまたクロスプラットフォームなGPGPU用APIであるOpenCLとの密接な連携を行なうことが可能となっている[36]。

脚注

テンプレート:Reflist

関連項目

外部リンク

テンプレート:マイクロソフト テンプレート:Windows Components

テンプレート:Software-stub
  1. ↑ IT用語辞典
  2. ↑ テンプレート:Cite web
  3. ↑ テンプレート:Cite web
  4. ↑ ゲーム開発者のための DirectX のインストール
  5. ↑ XInput Versions
  6. ↑ XAudio2 Versions
  7. ↑ COM による DirectX のプログラミング
  8. ↑ Where is the DirectX SDK?
  9. ↑ テンプレート:Cite journal
  10. ↑ テンプレート:Cite web
  11. ↑ Craig's Musings: DirectX Then and Now (Part 1)
  12. ↑ テンプレート:Cite journal
  13. ↑ テンプレート:Cite web
  14. ↑ IGDA Japan chapter - Khronos Group、OpenGL 3.2を発表 12ヵ月で3回目のバージョンアップ Direct3Dアプリケーションからの移植性に関する記述がある。ジオメトリシェーダーを搭載したDirectX 10のリリースは2006年、対するOpenGL 3.2のリリースは2009年。
  15. ↑ 4Gamer.net ― OpenGLはDirectX 11を超え，OpenGL ESは据え置き型ゲーム機と同等以上に。Khronosの最新動向レポート DirectX 11のCompute Shader仕様をそのまま取り入れた旨の記述がある。
  16. ↑ WindowsCE SDK for Dreamcast
  17. ↑ J. Allard, PC Proのインタビュー 2004年4月
  18. ↑ Release Notes (MSDN)
  19. ↑ ASCII.jp：GPGPUをWindowsでサポートする「DirectCompute」 (2/2)｜あなたの知らないWindows
  20. ↑ 4Gamer.net ― ［SIGGRAPH］Khronos，OpenGL 4.1を発表。カンファレンスからその詳細を確認する
  21. ↑ 4Gamer.net ― ［SIGGRAPH］ついにDirectX 11を凌駕した!? Khronosに聞く「OpenGL 4.2」の正体
  22. ↑ 4Gamer.net ― OpenGLはDirectX 11を超え，OpenGL ESは据え置き型ゲーム機と同等以上に。Khronosの最新動向レポート
  23. ↑ 4Gamer.net ― ValveはなぜSource EngineをLinux＋OpenGL環境へ移植したのか。GTC 2013のValveセッションレポート
  24. ↑ 2013*年末企画『AMDの新グラフィックAPI“Mantle”その一連の動向に迫る』 | Game*Spark - 国内・海外ゲーム情報サイト
  25. ↑ AMD独自グラフィックスAPI「Mantle」の詳細が明らかに。理論上はGeForceのMantle対応も可能!? - 4Gamer.net
  26. ↑ ［GDC 2014］DirectX 12，ついに発表。その特徴に迫る - 4Gamer.net
  27. ↑ 27.0 27.1 テンプレート:Cite web
  28. ↑ テンプレート:Cite web
  29. ↑ テンプレート:Cite web
  30. ↑ 【後藤弘茂のWeekly海外ニュース】GPUの進化に対応したMicrosoftの次世代API「DirectX 12」の背景 - PC Watch
  31. ↑ テンプレート:Cite web
  32. ↑ .NET開発者のためのDirectX連携手法 － ＠IT
  33. ↑ マイクロソフト、ゲーム開発環境「XNA」を2014年4月に終了 | GGSOKU - ガジェット速報
  34. ↑ DirectX (ダイレクトエックス) 最新ダウンロード/総合情報 ｜ Microsoft
  35. ↑ Aero Glass: Create Special Effects With The Desktop Window Manager
  36. ↑ OpenCL 1.2 Reference Pages
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