Windows 7系統細緻核心圖形架構

 　　如現在大家所想的那樣，Windows7其實是Windows Vista的改進版。Windows 7在Windows Vista的基礎上進行了大量的完善工作，也加入了不少新特性。Vista與其上一代XP相比，提供了非常大的改進，然而一方面這些改進過於巨大，使用者乃至相應軟體廠商(如，DirectX 10應用開發商)一時無法完全接受，另一方面，由於特性的不完全具備，Vista的表現沒有想象之中的那麼好。到了Windows 7，包括作業系統本身、軟體廠商和使用者都已經做好了準備，因此反響比Vista更好也就不難理解了。

　　圖形介面一直是Windows系統的核心，而從ghost xp開始，Windows就開始將提供一個富圖形化的案頭圖形介面作為要目，不僅僅是因為Vista和7的案頭本身就是一個3D應用程式，而是因為 Vista和7可以更好地發揮圖形加速硬體的作用。從Windows Vista到Windows7，作業系統與GPU的結合越來越緊密。

　　雖然人們經常可以聽到Windows7的大更新在於一個DirectX 11.0 API，然而對於Windows系統的圖形架構來說，雖然DirectX也很重要，不過這還不是全部。一個圖形架構包括了如何利用GPU加速各種各樣的圖形應用(2D、3D、列印等)、如何顯示到最終顯示裝置上，以及包括裝置檢測、控制。Window 7在圖形架構方面的更新主要有如下方面：

　　WDDM 1.1：新的驅動模型

　　DirectX 11：更新的Direct3D 11，以及相關的新Direct2D API

　　DXVA-HD：高清視頻回放加速

　　顯示裝置串連和配置

　　色彩管理

　　高DPI輸出和可讀性

　　多GPU系統

　　聯合顯示適配器(又叫聯合渲染)

　　下面，會就這些改進進行簡單的介紹。

　　Windows 7核心圖形架構

　　Windows應用程式使用各種如GDI(Graphics Device Interface，2D時代系統的主要圖形介面)、Direct3D、OpenGL這樣的API和系統圖形組件通訊，而系統組件通過WDDM(Windows Display Driver Model，又名Longhorn Display Driver Model)與硬體互動，從Vista起，Windows就採用了和XP使用的XPDM不同的新的驅動模型：WDDM，使用的驅動模型在很大程度上決定了一個系統的圖形特性。Vista使用的WDDM版本為1.0，而Windows7使用的改進版本為WDDM 1.1。

　　WDDM 1.1帶來的改動挺多的，下面我們先來看看WDDM 1.0相對XPDM的改動，也就是Vista相對XP的改動

　　XPDM：非合成模型

　　WDDM：合成模型

　　在垂直同步之謎 XP/Vista與3D效能測試中， 筆者解釋過Ghost xp的模型的不同之處，在WDDM模型下，所有的應用程式產生的顯示畫面最後會在DWM(Desktop Windows Manager，桌面視窗管理員)內進行合成為單一的最後輸出畫面，因此獲得了更好的顯示效果(天生的所有程式垂直同步)、額外效果(縮圖、縮放)以及 可以支援更大的左面，不過，原始的WDDM 1.0隻是實現了這個大架構上的轉換，細節上仍未夠完美：

　　在Vista下，GDI(繪製通常的2D視窗的API，此外還有很多其他圖形操作使用GDI)和DirectX(3D應用API)具有著不同的處理方 法：Direct3D是硬體加速的，而GDI則不是(GDI在XPDM時是硬體加速的)，因此Vista使用者在一些圖形程式上會感到比XP慢;而且GDI 應用程式先經過CPU軟體處理到系統記憶體上，再傳輸到顯卡驅動分配的GDI顯存地區上(也在系統記憶體當中)，再由DWM負責將畫面合成輸出到顯示器

　　Windows 7當中，GDI獲得了硬體加速(這個見下面)——不過在混合使用GDI和Direct3D API的時候，GDI仍然無法硬體加速，不過，GDI直接輸出到驅動的GDI顯存地區，減少了一個步驟，同時降低了記憶體消耗(同時對混用的 Direct3D API也有效);顯然，混合食用API來進行圖形編程並不是一個好主意(當然，同時使用GDI和Direct3D意味著這個是一個老的、視窗模式的3D應 用程式，如Windows模式的老3D遊戲)

　　老的WDDM 1.0處理GDI應用程式就如前面說過的一樣

　　而在Windows 7 WDDM 1.1模型當中，單獨的GDI將會通過WDDM與GPU進行硬體加速，同時經過GDI顯存地區輸出到DWM，表現在實際操作上，就是大部分視窗操作都變得 比Vista更流暢，日常工作更快捷(大部分2D應用程式都使用了GDI API，因為GDI包括的內容太多，因此必須對其保持相容;關於GDI，後面還有相關內容)

　　Windows XP的Direct3D/GDI驅動架構

　　Windows Vista核心圖形架構，比起XP來要豐富了很多

　　Windows 7核心圖形架構，老的GDI/GDI+仍被單獨支援，不過，Windows 7提供了它們對應功能的新的實現方法相比Vista帶的DirectX 10，Windows 7內建了DirectX 11，和WDDM 1.0到1.1的變化不同，DirectX 11的版本號碼表示其變化更大一些。Windows 7 DirectX 11改變了以往的工作模式，將Direct3D 10.1升級到Direct3D 11，同時將以前Vista無法硬體加速的GDI/GDI+的工作重新劃分、引入新的Direct2D和DirectWrite API來完成：

　　以前的圖形操作大部分由Diredt3D和GDI/GDI+完成(此外還有一個WIC——Windows Image Component，管理掃描、列印和圖形解碼等工作)，而在Vista當中，GDI是無法硬體加速的——因此Vista顯得很慢，在Windows 7中，GDI的工作除了通過WDDM模型的改變獲得硬體加速之外，它們還按照面向的應用重新劃分為Direct2D(2D加速)、 DirectWrite(文本處理)和DXGI 1.1(裝置控制)，這些新的API或者新分配到的API具有著硬體加速，例如，Direct2D就實際上是通過Direct3D 10來完成加速：

　　Direct2D：

　　硬體加速的即時模式2維圖形API，它在2維幾何圖形、位元影像和文本方面有著較高的效能和品質。Direct2D API是設計與GDI、GDI+和Direct3D之間進行互操作的

　　DirectWrite：

　　DirectWrite提供高品質的文本呈現、具有獨立解析度的輪廓字型、完整的Unicode文本以及布局支援。在使用Direct2D的時候，DirectWrite是硬體加速的。

　　當系統不支援Direct3D 10的時候，Windows 7會通過一個額外的10Level9軟體層使用D3D9來完成工作，顯然，為了最好的效率，你需要使用Direct3D10的顯卡，因為Windows 7的DWM基於Direct3D 10

　　字型消除鋸齒：DirectWrite效果

　　Direct3D 11

　　Windows 7帶的Direct3D 11是D3D10的超集，它的特點是可以同時支援運行在Direct3D9和Direct3D10.1硬體上，實際上，DirectX 11會提供Vista的支援，而不是像Direct 10出來時那樣，只支援Vista而無法相容上一代系統，這導致了軟體開發廠商們向DirectX 10轉移的緩慢。DirectX 11支援多個硬體平台和多種作業系統的 特性讓其更容易被接受。同時Direc3D 11本身也具有這不少的改進，這一點會有專文討論(計劃中)，這裡先談論Windows 7對整個圖形操作的改進，通過更多地將GDI/GDI+納入DirectX體系獲得硬體加速，圖形介面的效能會越來越好(當然，這需要軟體廠商們使用新的 Direct2D/DirectWrite進行編寫)。微軟希望將所有的圖形操作都構建在DirectX之上。

　　通過Vista中缺失的GDI硬體加速納入到DirectX體系中重新獲得硬體加速，並且效能要更快;未來顯卡廠商們將不再需要提供GDI加速

　　顯示技術

　　Windows 7支援一系列的顯示技術，包括將數字輸出作為原生輸出(支援HDMI和DisplayPort，而老的VGA類比輸出被建議棄用)，Windows 7還原生支援更多的內容來源，如Blu-Ray、JPEG-XR、HDR圖片等。

　　Windows 7使用預設的sRGB色彩空間作為所有裝置都統一的工作流程，但是精度提升到30位——每一個色彩通道都增加了兩位;Windows 7最高支援48位的scRGB模式，高精度+擴充範圍+高動態

　　WDDM 1.1要求驅動支援BGRA，BGRA是最快的色彩格式

　　顯示裝置串連和配置

　　在ghost xp中，所有的應用程式都在一個統一的虛擬桌面中顯示，這個虛擬桌面解析度為64Kx64K(65536x65536)

　　虛擬桌面按照顯示器分為不同的視圖，每一個視圖對應一個適配器;一個適配器並不意味著一塊顯卡，一塊顯卡串連多個顯示器的時候，它就含有多個適配器，類似地，SLI或者CrossFireX串連的單顯示器就意味著其是一個單一的適配器(從Vista開始加入，叫做Linked-Adapter特性)

　　不過，在Vista下，無法使用多塊不同GPU廠商的顯卡，而Windows 7則可以

　　在LDA配置下，xp系統下載程式介面在不同的輸出中漫遊基本上是透明的，叫做Dynamic adapter switching動態配接器切換

　　在多顯示器下，Windows 7提供了一個新的全域快速鍵功能：Win + P，可以快速設定多顯示器工作狀態，這個快速鍵本來是特地為了投影儀應用而設計

　　總的來說，Windows 7的圖形架構比起Vista來更加完善，應用也更加方便。最明顯的就是GDI API的變遷了，現在GDI應用程式也獲得了硬體加速，就如同xp下一樣，比其Vista下只能處理器來進行處理，因此使用者們可以感覺到日常應用會更加流暢。