Pourquoi avons-nous des cadres graphiques comme OpenGL et DirectX, alors que les jeux peuvent simplement dessiner des pixels directement?

Les jeux et autres applications graphiques intensives utilisent des frameworks comme OpenGL et DirectX. Ils nécessitent également des fonctionnalités telles que pixel shader et DX12.

Mais pourquoi aurions-nous besoin de tous ces cadres et fonctionnalités GPU alors que nous pourrions tout dessiner pixel par pixel?

Tout d'abord, le jeu devrait être compilé de manière à être dessiné pixel par pixel. Cela rendra probablement le jeu exécutable, mais sera-t-il plus rapide et fonctionnera-t-il sur n'importe quel GPU couleur 32 bits (même les anciens)?

Je sais que les premiers jeux 3D ont été dessinés pixel par pixel, mais pourquoi ne le font-ils pas maintenant?

La vitesse est la raison la plus courante pour laquelle cela n'est pas fait. En fait, vous pouvez faire ce que vous proposez, si vous créez votre propre système d'exploitation, cela va être très lent pour des raisons architecturales. Donc, l'hypothèse que son plus rapide est un peu erronée. Même s'il serait plus rapide, il serait moins efficace en termes de développement (comme 1% d'augmentation de vitesse pour 10 fois le travail).

La copie des données du CPU vers la carte graphique est une opération relativement lente. Moins vous copiez, plus votre vitesse de mise à jour peut être rapide. Donc, idéalement, vous auriez la plupart des données sur votre GPU et ne mettriez à jour que de petits morceaux de données. Il y a un monde de différence entre la copie sur 320x200 pixels par rapport à 1920x1200 ou plus. Le nombre de pixels dont vous avez besoin pour mettre à jour augmente de façon quadratique lorsque les côtés s'agrandissent.

Exemple: il est moins coûteux de dire au GPU de déplacer l'image de 10 pixels vers la droite que de copier manuellement les pixels dans la mémoire vidéo à différents emplacements.

Pourquoi devez-vous passer par une API? Tout simplement parce que ce n'est pas votre système. Le système d'exploitation ne peut pas vous permettre de faire ce que vous voulez pour des raisons de sécurité. Deuxièmement, parce que le système d'exploitation a besoin d'abstraire le matériel, même le système d'exploitation parle au pilote via un système abstrait, une API si vous voulez.

En fait, j'évaluerais la probabilité que votre système soit plus rapide, si vous faisiez tout le travail vous-même, près de zéro. C'est un peu comme comparer le C et l'assemblage. Bien sûr, vous pouvez écrire un assemblage, mais les compilateurs sont assez intelligents de nos jours et optimisent de mieux en mieux tout le temps. Il est difficile d'être meilleur manuellement, même si vous le pouvez, votre productivité sera à la traîne.

PS: Une API ne rend pas impossible de faire cette mise à jour comme le faisaient les anciens jeux. C'est juste inefficace, c'est tout. Pas à cause de l'esprit de l'API mais parce que c'est une période inefficace.

PPS: C'est pourquoi ils déploient Vulkan.

fonctionne sur n'importe quel GPU couleur 32 bits (même les anciens)?

Un peu d'histoire ici: c'est ainsi que les jeux se faisaient sur PC jusqu'à ce que les accélérateurs graphiques commencent à être disponibles au milieu des années 90. Il fonctionnait en effet sur tout le matériel, car le matériel ne faisait pas grand-chose.

Un accélérateur graphique permet de dessiner des pixels beaucoup plus rapidement qu'un processeur, en utilisant du matériel spécialisé et du parallélisme. L'accélérateur contient un certain nombre de cœurs de processeur. Un PC de bureau aura entre 1 et 8 cœurs selon l'âge. Ma carte graphique GTX970Ti possède 1664 (mille six cent soixante-quatre!) Cœurs. Cela bat évidemment le PC pour la vitesse brute de loin.

Cependant, les accélérateurs ne sont pas standardisés et incluent souvent des astuces d'architecture informatique étranges afin d'atteindre leur vitesse. Afin d'écrire un jeu qui n'est pas personnalisé pour une marque et un modèle spécifiques de la carte, une API doit exister. Et c'est pour cela que DirectX, GL et les langages de shader sont utilisés. En fait, l'écriture de shaders est la chose la plus proche de l'écriture d'un programme qui dessine directement des pixels - c'est juste que la carte exécutera mille copies de ce programme pour vous en parallèle, une par pixel.

Juste pour ajouter à la réponse de joojaa , les choses sont toujours dessinées pixel par pixel. Vous générez simplement les pixels à l'aide d'un vertex shader / assembleur / rasterizer, puis les texturez et les allumez à l'aide d'un fragment shader. Tout cela a été fait dans les logiciels dans les années 90 lorsque votre carte vidéo n'était pas beaucoup plus qu'un blitter et un tampon d'image, mais c'était lent comme l'enfer. D'où l'invention des GPU modernes.

Les calculs de dessin qui se produisent sont essentiellement les mêmes qu'à l'époque Doom, mais maintenant ils fonctionnent sur des centaines / milliers d'ALU shader plutôt que sur une poignée de cœurs CPU. Les API se mappent essentiellement sur le même ensemble d'instructions GPU en arrière-plan. Ils sont juste là pour vous empêcher d'avoir à écrire une tonne d'assemblage GPU noueux sur plusieurs plates-formes de fournisseurs.