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比Vista更完善 Windows 7图形架构解析

  【IT168评测中心】如现在大家所想的那样,Windows 7其实是Windows Vista的改进版。Windows 7在Windows Vista的基础上进行了大量的完善工作,也加入了不少新特性。Vista与其上一代XP相比,提供了非常大的改进,然而一方面这些改进过于巨大,用户乃至相应软件厂商(如,DirectX 10应用开发商)一时无法完全接受,另一方面,由于特性的不完全具备,Vista的表现没有想象之中的那么好。到了Windows 7,包括操作系统本身、软件厂商和用户都已经做好了准备,因此反响比Vista更好也就不难理解了。


微软下一代操作系统:Windows 7

  图形界面一直是Windows系统的核心,而从Windows Vista开始,Windows就开始将提供一个富图形化的桌面图形界面作为主要目的,不仅仅是因为Vista和7的桌面本身就是一个3D应用程序,而是因为Vista和7可以更好地发挥图形加速硬件的作用。从Windows Vista到Windows 7,操作系统与GPU的结合越来越紧密。


Windows图形架构的进化:1995年到现在

  对于Windows 7的图形架构来说,尽管DirectX 11的更新也很重要,不过这还不是全部。一个图形架构包括了如何利用GPU加速各种各样的图形应用、如何显示到最终显示设备上,以及包括设备检测、控制。Windows 7在图形架构方面的更新主要有如下方面:

WDDM 1.1:新的驱动模型
DirectX 11:更新的Direct3D 11,以及相关的新Direct2D API
DXVA-HD:高清视频回放加速
显示设备连接和配置
色彩管理
高DPI输出和可读性
多GPU系统
联合显示适配器(又叫联合渲染)

  下面,会就这些改进进行简单的介绍。

 


Windows 7核心图形架构

  Windows应用程序使用各种API和系统图形组件通信,比如GDI、Direct3D、OpenGL。而系统组件通过WDDM与硬件交互。

  从Vista起,Windows就采用了和XP使用的XPDM不同的新的驱动模型:WDDM,使用的驱动模型在很大程度上决定了一个系统的图形特性。Vista使用的WDDM版本为1.0,而Windows 7使用的改进版本为WDDM 1.1。


WDDM 1.1带来的改动挺多的,下面我们先来看看WDDM 1.0相对XPDM的改动,也就是Vista相对XP的改动
 

XPDM:非合成模型
 

WDDM:合成模型
 
  在垂直同步之谜 XP/Vista与3D性能测试中,笔者解释过XP/Vista的模型的不同之处,在WDDM模型下,所有的应用程序生成的显示画面最后会在DWM内进行合成为单一的最后输出画面,因此获得了更好的显示效果、额外效果以及可以支持更大的桌面,不过,原始的WDDM 1.0只是实现了这个大架构上的转换,细节上仍未够完美:

在VVista下,GDI和DirectX具有着不同的处理方法:Direct3D是硬件加速的,而GDI则不是,因此Vista用户在一些图形程序上会感到比XP慢;而且GDI应用程序先经过CPU软件处理到系统内存上,再传输到显卡驱动分配的GDI显存区域上,再由DWM负责将画面合成输出到显示器

Windows 7当中,GDI获得了硬件加速——不过在混合使用GDI和Direct3D API的时候,GDI仍然无法硬件加速,然而,GDI直接输出到驱动的GDI显存区域,减少了一个步骤,同时降低了内存消耗;显然,使用混合API来进行图形编程并不是一个好主意

老的WDDM 1.0处理GDI应用程序就如前面说过的一样

而在Windows 7 WDDM 1.1模型当中,单独的GDI将会通过WDDM与GPU进行硬件加速,同时经过GDI显存区域输出到DWM,表现在实际操作上,就是大部分窗口操作都变得比Vista更流畅,日常工作更快捷


Windows XP的Direct3D/GDI驱动架构


Windows Vista核心图形架构,比起XP来要丰富了很多


Windows 7核心图形架构,老的GDI/GDI+仍被单独支持,不过,Windows 7提供了它们对应功能的新的实现方法

  相比Vista带的DirectX 10,Windows 7自带了DirectX 11,和WDDM 1.0到1.1的变化不同,DirectX 11的版本号表示其变化更大一些。Windows 7 DirectX 11改变了以往的工作模式,将Direct3D 10.1升级到Direct3D 11,同时将以前Vista无法硬件加速的GDI/GDI+的工作重新划分、引入新的Direct2D和DirectWrite API来完成:

   以前的图形操作大部分由Diredt3D和GDI/GDI+完成,而在Vista当中,GDI是无法硬件加速的——因此Vista显得很慢,在Windows 7中,GDI的工作除了通过WDDM模型的改变获得硬件加速之外,它们还按照面向的应用重新划分为Direct2D、DirectWrite和DXGI 1.1,这些新的API或者新分配到的API具有着硬件加速,例如,Direct2D就实际上是通过Direct3D 10来完成加速:

Direct2D:
硬件加速的即时模式2维图形API,它在2维几何图形、位图和文本方面有着较高的性能和质量。Direct2D API是设计与GDI、GDI+和Direct3D之间进行互操作的。

DirectWrite:
DirectWrite提供高质量的文本呈现、具有独立分辨率的轮廓字体、完整的Unicode文本以及布局支持。在使用Direct2D的时候,DirectWrite是硬件加速的。


当系统不支持Direct3D 10的时候,Windows 7会通过一个额外的10Level9软件层使用D3D9来完成工作,显然,为了最好的效率,你需要使用Direct3D10的显卡,因为Windows 7的DWM基于Direct3D 10

字体抗锯齿:DirectWrite效果

Direct3D 11

  Windows 7带的Direct3D 11是D3D10的超集,它的特点是可以同时支持运行在Direct3D9和Direct3D10.1硬件上,实际上,DirectX 11会提供Vista的支持,而不是像Direct 10出来时那样,只支持Vista而无法兼容上一代系统,这导致了软件开发厂商们向DirectX 10转移的缓慢。DirectX 11支持多个硬件平台和多种操作系统的特性让其更容易被接受。同时Direc3D 11本身也具有这不少的改进,这一点会有专文讨论,这里先谈论Windows 7对整个图形操作的改进,通过更多地将GDI/GDI+纳入DirectX体系获得硬件加速,图形界面的性能会越来越好。微软希望将所有的图形操作都构建在DirectX之上。


通过Vista中缺失的GDI硬件加速纳入到DirectX体系中重新获得硬件加速,并且性能要更快;未来显卡厂商们将不再需要提供GDI加速

显示技术 


 
  Windows 7支持一系列的显示技术,包括将数字输出作为原生输出,Windows 7还原生支持更多的内容来源,如Blu-Ray、JPEG-XR、HDR图片等。
 

Windows 7使用默认的sRGB色彩空间作为所有设备都统一的工作流,但是精度提升到30位——每一个色彩通道都增加了两位;Windows 7最高支持48位的scRGB模式,高精度+扩展范围+高动态
 

WDDM 1.1要求驱动支持BGRA,BGRA是最快的色彩格式
 
显示设备连接和配置 
 

在Windows 7中,所有的应用程序都在一个统一的虚拟桌面中显示,这个虚拟桌面分辨率为64Kx64K
 

虚拟桌面按照显示器分为不同的视图,每一个视图对应一个适配器;一个适配器并不意味着一块显卡,一块显卡连接多个显示器的时候,它就含有多个适配器,类似地,SLI或者CrossFireX连接的单显示器就意味着其是一个单一的适配器

不过,在Vista下,无法使用多块不同GPU厂商的显卡,而Windows 7则可以
 

在LDA配置下,程序界面在不同的输出中漫游基本上是透明的,叫做Dynamic adapter switching动态适配器切换

在多显示器下,Windows 7提供了一个新的全局快捷键功能:Win + P,可以快速设置多显示器工作状态,这个快捷键本来是特地为了投影仪应用而设计

  总的来说,Windows 7的图形架构比起Vista来更加完善,应用也更加方便。最明显的就是GDI API的变迁了,现在GDI应用程序也获得了硬件加速,就如同XP下一样,比其Vista下只能处理器来进行处理,因此用户们可以感觉到日常应用会更加流畅。关于DirectX 11的详细介绍以及Windows 7应用性能的测试,请继续关注我们IT168评测中心

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