마이크로소프트 다이렉트X

Direct3D는 마이크로소프트 다이렉트X의 핵심 구성 요소로, 마이크로소프트 윈도우 및 엑스박스 계열 콘솔 플랫폼에서 실시간 3차원 그래픽을 렌더링하기 위한 API이다. 주로 비디오 게임 개발에 널리 사용되며, CAD/CAM 및 과학 시각화와 같은 전문 그래픽 소프트웨어에서도 활용된다. Direct3D의 중요성 때문에 종종 상위 개념인 "DirectX"와 혼용되어 사용되기도 한다.

이 API는 GPU의 하드웨어 가속 기능을 직접 활용하여 고성능 그래픽 처리를 가능하게 한다. 초기 버전부터 꾸준히 발전하여, 셰이더 프로그래밍 모델, 테셀레이션, 고급 렌더링 기법 등을 지원하게 되었다. Direct3D의 발전은 그래픽 카드 하드웨어의 진화와 밀접하게 연관되어 있으며, 엔비디아와 AMD 같은 주요 GPU 제조사들은 자사 제품에 최적화된 드라이버를 지속적으로 제공한다.

Direct3D는 역사적으로 OpenGL과 경쟁 관계에 있었으나, 마이크로소프트 플랫폼, 특히 게임 개발 분야에서 사실상의 표준 지위를 확보했다. 최신 버전인 Direct3D 12는 멀티코어 프로세서 활용도를 높이고, 다중 GPU 구성을 위한 명시적 멀티어댑터 기능을 도입하는 등 현대적인 시스템 아키텍처에 맞춰 진화하고 있다.

Direct2D는 마이크로소프트가 다이렉트X 라이브러리 내에 포함시킨 현대적인 2D 그래픽 렌더링 API이다. 이 API는 하드웨어 가속을 활용하여 벡터 그래픽, 비트맵 및 텍스트의 고품질 렌더링을 제공하는 것을 주요 목표로 설계되었다. Direct2D는 윈도우 비스타 및 이후 버전의 마이크로소프트 윈도우 운영 체제에서 사용할 수 있으며, GDI 및 GDI+와 같은 기존 2D 그래픽 인터페이스의 성능과 시각적 품질 한계를 해결하기 위해 도입되었다.

Direct2D의 핵심 장점은 Direct3D 10.1 이상을 지원하는 그래픽 처리 장치를 통해 하드웨어 가속 렌더링을 제공한다는 점이다. 이를 통해 애플리케이션은 알파 합성, 안티앨리어싱, 서브픽셀 텍스트 렌더링과 같은 복잡한 그래픽 작업을 높은 성능으로 처리할 수 있다. 이 API는 특히 사용자 인터페이스 요소, 차트, 다이어그램, 편집기 및 웹 브라우저 렌더링 엔진과 같이 정교한 2D 그래픽이 필요한 애플리케이션 개발에 적합하다.

Direct2D는 다이렉트라이트 및 DirectWrite와 같은 다른 DirectX 구성 요소와 긴밀하게 통합되어 있다. 예를 들어, Direct2D는 DirectWrite를 사용하여 고품질 텍스트를 렌더링할 수 있으며, 다이렉트컴퓨트와 결합하여 GPU 기반의 사용자 정의 이미지 처리 효과를 구현할 수도 있다. 이러한 통합은 개발자에게 일관성 있고 강력한 그래픽 파이프라인을 구축할 수 있는 기반을 제공한다.

Direct2D는 C++를 위한 네이티브 API로 제공되며, 닷넷 프레임워크 개발자를 위해 윈도우 프레젠테이션 파운데이션의 하위 계층으로도 통합되어 있다. 이는 기존 GDI 기반 코드를 현대화하거나 높은 성능과 시각적 충실도가 요구되는 새로운 2D 그래픽 애플리케이션을 구축하는 데 널리 사용되고 있다.

DirectSound은 마이크로소프트가 마이크로소프트 윈도우 플랫폼을 위한 멀티미디어 및 비디오 게임 개발을 위해 도입한 오디오 API이다. 1995년 9월 30일 첫 버전의 마이크로소프트 다이렉트X에 포함되어 출시되었으며, 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스 모음의 핵심 구성 요소 중 하나로 자리 잡았다. 이 API는 주로 게임에서 사운드 카드의 하드웨어 가속 기능을 직접 제어하여 낮은 지연 시간의 고품질 오디오 재생과 믹싱을 가능하게 하는 데 목적이 있었다.

DirectSound은 다이렉트인풋, 다이렉트드로 등 다른 초기 DirectX 구성 요소들과 함께, 개발자들이 MS-DOS 환경에서만 가능했던 저수준 하드웨어 제어에 가까운 성능을 윈도우 95 및 이후 버전에서도 구현할 수 있도록 설계되었다. 이를 통해 게임 개발자들은 윈도우 환경에서도 풍부한 사운드 효과와 배경 음악을 구현할 수 있게 되었다. 특히 3차원 공간에서 음원의 위치와 움직임을 구현하는 DirectSound3D 기능은 당시 게임의 몰입감을 크게 향상시켰다.

그러나 DirectX 8 버전부터 DirectSound의 역할은 점차 변화하기 시작했다. 마이크로소프트는 더욱 발전된 크로스 플랫폼 오디오 크리에이션 툴과 저수준 오디오 API로의 전환을 추진하였으며, 최종적으로 XAudio2 및 XACT3로 대체되었다. 이로 인해 DirectSound은 새로운 개발보다는 기존 레거시 시스템과의 호환성을 유지하는 용도로 주로 사용되게 되었다.

DirectInput은 마이크로소프트 다이렉트X의 초기 구성 요소 중 하나로, 마이크로소프트 윈도우 플랫폼에서 키보드, 마우스, 조이스틱, 게임 패드 및 기타 게임 컨트롤러와 같은 입력 장치를 애플리케이션, 특히 비디오 게임이 처리할 수 있도록 설계된 입력 API이다. 이는 개발자가 다양한 입력 하드웨어에 대한 직접적인 접근과 일관된 처리를 가능하게 하여, 복잡한 장치 드라이버 세부 사항을 추상화하는 역할을 했다.

DirectInput은 다이렉트사운드, 다이렉트드로 등과 함께 1995년 첫 번째 DirectX SDK에 포함되어 출시되었다. 주된 목적은 당시 MS-DOS 환경에서만 가능했던 저수준 하드웨어 입력 접근을 윈도우 95와 같은 보호 모드 운영 체제에서도 구현하여, 게임이 빠르고 반응성 있는 입력 처리를 할 수 있도록 하는 것이었다. 이를 통해 게임 개발자들은 강력한 입력 기능을 갖춘 윈도우용 게임을 제작할 수 있게 되었다.

그러나 DirectX 8 버전 이후로 DirectInput은 점차 사용이 중단되기 시작했다. 마이크로소프트는 엑스박스 360 컨트롤러를 위한 새로운 입력 API인 XInput을 도입했으며, 표준 키보드와 마우스 입력의 경우에는 Win32의 WM_INPUT 메시지 처리 방식을 권장하게 되었다. XInput은 특히 현대식 게임 패드를 지원하는 데 더 간단하고 효율적인 프로그래밍 모델을 제공했다. 결과적으로, 새로운 프로젝트에서는 DirectInput 대신 XInput이나 표준 윈도우 메시징을 사용하는 것이 일반적이다.

다이렉트컴퓨트(DirectCompute)는 그래픽 처리 장치(GPU)를 범용 컴퓨팅에 활용하기 위한 API이다. 병렬 컴퓨팅 작업을 GPU에서 실행함으로써 CPU보다 훨씬 빠른 처리 속도를 제공하며, 과학 연산, 이미지 처리, 인공지능 추론 등 다양한 분야에서 사용된다. 다이렉트라이트(DirectWrite)는 고품질의 텍스트 렌더링을 위한 API로, 다양한 글꼴과 레이아웃을 지원하며 해상도 독립적인 선명한 텍스트 출력을 가능하게 한다.

다이렉트쇼(DirectShow)는 멀티미디어 재생 및 스트리밍을 처리하는 필터 기반의 프레임워크였으나, 이후 미디어 파운데이션(Media Foundation)으로 대체되었다. 다이렉트인풋(DirectInput)은 키보드, 마우스, 조이스틱 등 다양한 입력 장치를 지원했던 API로, 이후 엑스박스 360 컨트롤러용 XInput과 표준 윈도우 메시지 처리 방식으로 대체되었다.

다이렉트플레이(DirectPlay)는 네트워크 통신을 위한 API였으나, Games for Windows Live 및 엑스박스 라이브 서비스로 기능이 이관되면서 사용이 중단되었다. 다이렉트뮤직(DirectMusic)은 미디 시퀀싱과 인터랙티브 사운드트랙 재생을 담당했던 구성 요소이다.

DirectX 9은 2002년 마이크로소프트가 출시한 DirectX API의 주요 버전이다. 이 버전은 윈도우 98, 윈도우 미, 윈도우 2000, 윈도우 XP를 지원했으며, 이후 모든 버전의 마이크로소프트 윈도우에서 하위 호환성을 위해 계속 지원되고 있다. DirectX 9의 도입은 당시 비디오 게임 및 멀티미디어 애플리케이션 개발에 있어 중요한 전환점이 되었다.

이 버전의 가장 큰 특징은 셰이더 모델 2.0을 도입한 것이다. 여기에는 픽셀 셰이더 2.0과 버텍스 셰이더 2.0이 포함되어, 개발자가 이전보다 훨씬 더 복잡하고 사실적인 그래픽 효과를 프로그래밍할 수 있게 했다. 또한, HLSL이 처음으로 공식적으로 도입되어 셰이더 작성을 위한 접근성 높은 고수준 언어를 제공했다. DirectX 9.0c 업데이트에서는 셰이더 모델 3.0이 추가되어 기능이 더욱 확장되었다.

DirectX 9은 2000년대 중반부터 2010년대 초반까지 수많은 게임의 표준 그래픽 API로 자리 잡았다. 엑스박스 360의 초기 게임들도 이 API를 기반으로 개발되었다. 오늘날에도 일부 게임은 구형 하드웨어나 저사양 시스템을 위한 호환성 모드로 DirectX 9 경로를 제공한다. 이 버전의 광범위한 채택과 장기적인 지원은 Direct3D API 발전사에서 가장 오래 지속되고 영향력 있는 버전 중 하나로 자리매김하게 했다.

DirectX 10은 윈도우 비스타와 함께 2006년 말에 도입된 주요 업데이트이다. 이 버전의 가장 큰 특징은 이전 버전의 윈도우와의 하위 호환성을 완전히 단절했다는 점이다. 즉, DirectX 10으로 개발된 응용 프로그램은 윈도우 비스타 이상의 운영 체제에서만 실행될 수 있으며, 윈도우 XP에서는 동작하지 않는다. 이는 API와 드라이버 모델을 근본적으로 재설계했기 때문이다.

주요 변화로는 그래픽 하드웨어의 기능을 확인하던 복잡한 "능력 비트(cap bits)" 시스템을 폐지하고, 모든 지원 하드웨어가 통일된 기능 세트를 제공하도록 요구한 점이 있다. 이를 통해 드라이버의 복잡성과 오버헤드를 줄이고, 개발자에게 더욱 예측 가능한 성능 기반을 제공했다. 핵심 구성 요소인 Direct3D 10은 새로운 윈도우 디스플레이 드라이버 모델을 기반으로 구축되었으며, 셰이더 모델 4.0을 도입하여 그래픽 품질과 프로그래밍 유연성을 크게 향상시켰다.

한편, 이 버전에서는 기존 다이렉트사운드 및 다이렉트인풋과 같은 여러 구성 요소가 사용 중단되었다. 사운드는 크로스 플랫폼 오디오 크리에이션 툴 시스템으로 대체되었고, 입력은 엑스박스 360 컨트롤러에 최적화된 XInput으로 대체되는 등, 엑스박스 플랫폼과의 통합을 강화하는 방향으로 변화했다. 이후 윈도우 비스타 서비스 팩 1에는 Direct3D 10.1이 포함되어 출시되었으며, 이는 셰이더 모델 4.1을 지원하고 이미지 품질 관련 표준을 강화한 점진적 개선 버전이었다.

DirectX 11은 2009년 10월 27일 윈도우 비스타용으로 출시되었으며, 윈도우 7에 기본적으로 포함되어 제공된 주요 API 버전이다. 이 버전은 Direct3D 10.1의 기능을 완전히 포함하는 상위 집합으로 설계되어 하위 호환성을 유지하면서도 새로운 기능을 추가했다.

주요 도입 기능으로는 다이렉트컴퓨트를 통한 그래픽 처리 장치의 범용 컴퓨팅 지원, 하드웨어 테셀레이션 지원, 그리고 멀티스레딩을 개선하여 개발자가 멀티 코어 프로세서를 더 효율적으로 활용할 수 있게 한 점이 있다. 특히 셰이더 모델 5.0과 테셀레이션은 DirectX 11을 지원하는 전용 하드웨어가 필요하다.

DirectX 11은 이후 여러 차례 업데이트를 거쳤다. DirectX 11.1은 윈도우 8에 포함되어 Direct2D와 Direct3D의 통합을 개선했으며, DirectX 11.2는 윈도우 8.1에 추가되어 스왑 체인 컴포지션 같은 새로운 기능을 도입했다. 또한 엑스박스 원에서는 DirectX 11.X라는 확장 버전이 사용되었다. DirectX 11.3은 2015년 윈도우 10과 함께 발표되어 DirectX 12를 보완하는 고수준 대안으로서의 역할을 했다.

DirectX 12는 2014년 3월 게임 개발자 콘퍼런스에서 발표되었으며, 2015년 7월 29일 윈도우 10과 함께 정식 출시된 마이크로소프트의 그래픽 및 멀티미디어 API 모음의 주요 버전이다. 이전 버전들과 달리, DirectX 12는 개발자에게 그래픽 처리 장치에 대한 저수준의 직접적인 제어권을 부여하여 드라이버 오버헤드를 크게 줄이고 멀티코어 프로세서를 더 효율적으로 활용할 수 있도록 설계되었다. 이로 인해 엑스박스 원 및 엑스박스 시리즈 X/S를 포함한 마이크로소프트 플랫폼에서 콘솔 수준의 성능 효율성을 달성하는 것이 주요 목표였다.

DirectX 12의 핵심 구성 요소인 Direct3D 12는 명령 목록과 자원 할당을 프로그래머가 직접 관리할 수 있는 새로운 프로그래밍 모델을 도입했다. 또한 명시적 멀티어댑터 지원을 통해 시스템 내 여러 GPU(예: 내장 그래픽과 외장 그래픽 카드)를 동시에 활용하는 고급 멀티 GPU 구성이 가능해졌다. 2018년에는 실시간 광선 추적을 가능하게 하는 DirectX Raytracing이 추가되었으며, 2020년에는 DirectX 12 Ultimate가 발표되어 가변 속도 셰이딩, 메시 셰이더 등 최신 그래픽 하드웨어 기능을 표준화했다.

이 API는 엔비디아의 페르미 이후 아키텍처, AMD의 GCN 기반 GPU, 인텔의 하스웰 이후 내장 그래픽을 포함한 광범위한 하드웨어에서 지원된다. 초기 게임 테스트에서는 AMD 하드웨어에서 두드러진 성능 향상을 보였으며, 이후 드라이버 최적화를 통해 전반적인 성능이 개선되었다. DirectX 12는 윈도우 10 및 윈도우 11의 기본 그래픽 API로, 엑스박스 콘솔 생태계와의 통합을 강화하며 마이크로소프트의 게임 및 멀티미디어 플랫폼 전략의 중추 역할을 하고 있다.

DirectX 12 Ultimate는 2020년 3월 마이크로소프트가 발표한 DirectX 12의 최상위 기능 세트이다. 이는 윈도우 10과 엑스박스 시리즈 X/S를 포함한 차세대 엑스박스 콘솔에서 공통적으로 지원되는 그래픽 표준으로, PC와 콘솔 간의 개발 경험을 통합하는 것을 목표로 한다.

이 버전에는 실시간 광선 추적 성능을 개선한 DirectX Raytracing 1.1, 렌더링 효율성을 높이기 위해 화면 내 영역별로 셰이딩 비율을 조절할 수 있는 가변 속도 셰이딩, 기하학적 세부 수준을 더욱 세밀하게 제어할 수 있는 메시 셰이더, 그리고 텍스처 스트리밍 효율성을 높이는 샘플러 피드백 등 여러 핵심 기능이 추가되었다.

DirectX 12 Ultimate는 호환되는 그래픽 카드와 드라이버가 필요하다. 엔비디아의 지포스 RTX 20 시리즈 이상, AMD의 라데온 RX 6000 시리즈 이상, 그리고 특정 인텔 Arc 그래픽이 이 표준을 완전히 지원한다. 이를 통해 개발자는 더욱 사실적인 조명, 그림자, 반사 효과를 구현하고, 시스템 자원을 더 효율적으로 활용하여 고성능 게임을 제작할 수 있게 되었다.