Введение в XNA Framework

Примеры к данному курсу Вы можете скачать здесь.

Первые версии Windows позволяли программисту работать с видеоподсистемой компьютера лишь посредством стандартного интерфейса GDI, предоставляющему программисту унифицированный доступ к различным устройствам вывода графической информации будь то видеокарта, принтер или плоттер. Интерфейс GDI очень прост в использовании - приложение работает с некоторым виртуальным устройством, а GDI самостоятельно транслирует все вызовы приложения в команды конкретной видеокарты или принтера. Преимущества данного подхода очевидны. Например, добавив в приложение всего несколько строк кода, вы можете с легкостью перенаправить вывод с экрана монитора на принтер и получить нужный результат. Кроме того, работа с виртуальным устройством не позволяет некорректно написанному приложению нанести какой-либо ощутимый ущерб стабильности операционной системе и повредить данные других приложений.

Как всегда, недостатки интерфейса GDI являются продолжением его достоинств. Любому человеку, даже поверхностно знакомому с устройством персонального компьютера, ясно, что, к примеру, видеокарта NVIDIA GeForce 5900 Ultra и лазерный принтер Canon Laser Shot LBP-1120 являются абсолютно разными устройствами. Соответственно, при проектировании универсального интерфейса для работы с данными устройствами неминуемо придeтся жертвовать эффективностью. Это не особо критично для офисных приложений, работающих с достаточно простыми изображениями и не требовательных к скорости обновления экрана. Однако для целого класса приложений (игры, системы виртуальной реальности, пакеты 3D моделирования), критичных к производительности видеоподсистемы компьютера, накладные расходы GDI оказались неприемлемыми. В результате разработчики этих приложений не стремились переносить свои разработки с DOS на Windows, что отнюдь не способствовало росту популярности операционной системы Windows.

OpenGL

Так как операционная система без развлекательных приложений вряд ли смогла бы добиться широкой популярности среди домашних пользователей, Microsoft включала сначала в Windows NT 3.5, а затем и в Windows 95 OSR2 поддержку OpenGL - известного кроссплатформенного API для разработки трехмерных графических приложений реального времени. В те времена OpenGL справедливо считался флагманом индустрии трехмерной графики реального времени. Тем не менее, у него все же был ряд недостатков:

• Так как OpenGL предназначен исключительно для работы с графикой, он решил лишь проблемы низкой производительности графической подсистемы Windows. Работа с аудиоподсистемой компьютера по-прежнему осуществлялась с использованием стандартного медленного интерфейса MCI^{1Media Control Interface – интерфейс управления мультимедийными устройствами. Содержит набор стандартных команд, позволяющих осуществлять воспроизведение и запись файлов мультимедийных ресурсов. Информацию о MCI можно найти, к примеру, в [К.4]} . Аналогичным образом обстояли дела и с получением информации от устройств ввода: клавиатуры, мыши и джойстиков.
• OpenGL является кросплатформенным API, не привязанным к операционной системе. В результате в нем отсутствуют какие-либо средства для создания окон, загрузки текстур и моделей из файлов и т.д., так как реализация данной функциональности неминуемо бы ограничила переносимость этого API. Подобные особенности несколько усложняют разработку приложений, предназначенных исключительно для платформы Windows.
• OpenGL является полностью открытым API, не имеющим единого хозяина. Развитие OpenGL координируется наблюдательным комитетом по архитектуре ( ARB ), в который входят ведущие лидеры индустрии, такие как Intel, Microsoft, AMD, NVIDIA, SGI, 3D Labs, Evans & Sutherland и т.д. Такое число участников зачастую приводит к конфликтам внутри комитета, последствия которых хорошо описаны в известной басне И.А. Крылова "Лебедь, рак и щука".

Кроме того, использование открытого API, пускай и лучшего в индустрии, в качестве одного из краеугольных компонентов, мягко говоря, не отвечает интересам политики Microsoft.

Поэтому нет ничего удивительного в том, что параллельно с интеграцией OpenGL в Windows, Microsoft работала над собственным API для разработки мультимедийных приложений.

DirectX

Первым игровым API, разработанным Microsoft, стал WinG. Это был достаточно примитивный API предназначенный для работы исключительно с двухмерной графикой реального времени в операционных системах Windows 3.1 и Windows 95. Видеорежимы с количеством цветов более 256 не поддерживались. Единственным преимуществом WinG была более высокая производительность, чем у GDI. Впрочем, на фоне DOS и OpenGL 1.1 оно выглядело весьма спорным.

После неудачи с WinG стало ясно, что Microsoft вряд ли сможет в одиночку в короткие сроки разработать конкурентоспособный API для программирования графических приложений реального времени. В результате было принято решение купить британскую компанию RenderMorfics и перенести еe библиотеку Reality Lab на платформу Windows. Так появился Game SDK, позже переименованный в DirectX.

Из-за сжатых сроков Microsoft не смогла создать на основе Reality Lab полноценный масштабируемый API с заделом на будущее, в результате чего на рынке началась настоящая чехарда версий DirectX, для получения представления о масштабах которой достаточно посмотреть на частоту появления новый версий DirectX (таблица 1.1). Нетрудно заметить, что каждый год выходило не менее одной версии DirectX, причeм новая версия содержала множество кардинальных изменений, в результате чего оказывалась несовместимой с более старой версией. Положение стабилизировалось лишь в 2002-м году с выходом 9-й версии DirectX. С тех пор были выпущены лишь три новых редакции DirectX с незначительными изменениями, после чего Microsoft перешла к выпуску обновлений к DirectX, устраняющих мелкие недочеты, в темпе одно обновление каждые два месяца.

Примечание

Любопытно, что графическая подсистема DirectX смогла достичь функциональность OpenGL 1.1 (существовавшего ещe до появления DirectX ) лишь к 7-й версии. Впрочем, к 9-й версии возможности OpenGL и DirectX сравнялись, после чего наметилась тенденция к технологическому отставанию OpenGL от DirectX.

Что представляет собой DirectX? Это высокопроизводительная мультимедийная библиотека для программирования приложений требовательных к производительности видеоподсистемы, аудиосистемы и системы ввода-вывода компьютера. В основе DirectX лежит набор COM^{2Component Object Model – модель компонентных объектов. Определяет стандарты интерфейсов API и бинарные стандарты для связи объектов, не зависящих от языка программирования. Каждый объект COM имеет один или несколько интерфейсов, представляющих собой таблицы функций, связанных с этим объектом. В продаже и свободном доступе имеется множество литературы, посвященной COM, начиная с [К.9] и заканчивая MSDN} -интерфейсов, предоставляющих программисту доступ к аппаратному обеспечению компьютера. Эти интерфейсы разработаны Microsoft в тесном сотрудничестве с ведущими производителями аппаратных устройств, таких как Intel, ATI, NVIDIA,Creative и т.д. Поэтому интерфейсы DirectX очень близки к современному аппаратному обеспечению и фактически связаны с аппаратным обеспечением через тонкую прослойку драйверов, минуя стандартные интерфейсы Win32, такие как GDI и MCI.

В DirectX 9 интерфейсы сгруппированы в три специализированных компонента^{3В действительности в составе DirectX имеется ещe четыре компонента: DirectDraw (работа с двухмерной графикой), DirectMusic (проигрывание фоновой музыки), DirectPlay (работа с сетью) и DirectShow (проигрывание видеофайлов). Однако эти компоненты не рекомендуются к использованию, так как они объявлены устаревшими и по видимости будут исключены из будущих версий DirectX} (рисунок 1.1):