WDDM 1.1（Windows Display Driver Model 1.1）：Windows Insider用語解説

連載目次

・コラム「改良されたVistaの描画アーキテクチャ」

　Windows 7およびWindows Server 2008 R2向けの新しいディスプレイ・ドライバの仕様。従来のWindows Vista／Windows Server 2008向けディスプレイ・ドライバであるWDDM 1（WDDM v1）を改良したもの（Windows XP／Windows Server 2003向けのものはXPDMと呼ばれる。関連記事参照）。

WDDM 1.1をサポートしたドライバの例
これはNVIDIAのGeForce 8600M GS用のWDDM 1.1ドライバの例。dxdiagコマンドを実行すると、このように表示される。
　 （1）WDDM 1.1ドライバがインストールされていると、このように表示される。

　WDDM 1.1の特徴としては次のようなものがある。

• Direct3D 10／11サポート
• Direct2Dサポート
• ビデオ再生サポート（ビデオ・オーバーレイ、DXVA-HD、コンテンツ暗号化用のAES128のサポート）
• 高精細DPIサポート
• マルチGPU（複数のグラフィックス・カード）サポート
• Linked Display Adapter（複数をリンクさせて性能を向上させたグラフィックス・カード）サポート

　Windows 7／Windows Server 2008 R2ではWindows Vista／Windows Server 2008用のWDDMのドライバ（WDDM v1）も利用できるが、WDDM 1.1対応ドライバを利用することにより、Direct2Dによる高速な描画や、DWMの使用メモリ量の削減といったメリットがある。

■Direct2Dによる描画サポート

　Direct2Dは、Direct3D上にGDI／GDI+ API（2Dの描画API。以下単にGDI）を実装したものである。Windows 7＋WDDM 1.1環境ではDirect2Dを使うことにより、高速なGDI（Graphics Device Interface）処理を実現している。

Direct2D API
Direct2Dは、Direct3D上でGDI／GDI+処理を行うための新しいAPIである。Windows 7が呼び出すだけでなく、ユーザーが直接呼び出してもよい。下位のハードウェアの仕様により、Direct2Dの実装方法は何種類かある。GPUで処理することにより、高速なGDI処理が可能になる。
　 （1）DirectX 11ハードウェアの場合は、ハードウェア（GPU）もしくはデバイス・ドライバ内のエミュレーションでDirect2Dをサポートする。ハードウェアで処理するのが最も高速になる。DXGI（DirectX Graphics Infrastructure）はDirectX（WDDMドライバ）を呼び出すためのインターフェイス。
　 （2）DirectX 10ハードウェアの場合は、Windows 7側でDirect3D 10の機能だけを使ってDirect2Dを実装する。
　 （3）DirectX 9ハードウェアの場合は、Windows 7側でDirect3D 10 Level 9の機能だけを使ってDirect2Dを実装する。Direct3D 10 Level 9は、Direct9ハードウェア上にDirectX 10のAPIを実装したもの。

　GDIは一般的なWindowsアプリケーションでよく使われる、直線や曲線、図形、文字の描画、スクロール（BitBlt処理）などを行うAPIである。3Dが普及する以前のグラフィックス・カードでは、このGDI処理をハードウェア・サポートして高速なウィンドウ・システムを実現していた。

　だがWindows VistaのAero Glass環境では、グラフィックス・カードの持つGPUの機能を駆使してデスクトップを3Dで描画するようになったため、ハードウェアの持つGDI処理機能は使われなくなっていた（先のコラム参照）。3Dと2Dのアクセラレータはメカニズムがまったく異なるため、共存できないからだ。代わりにWindows VistaのAero Glass環境では、完全にソフトウェア（CPU）によってGDI描画を処理をしている。

　このGDIをDirect3D上に実装し、再びハードウェア（GPU）上で処理することを可能にしたのがWDDM 1.1である。Windows 7ではDirect2Dを使うことにより、2Dの描画処理もグラフィックス・ドライバ＋GPUで処理し、高速な描画を実現している。

■DWMの使用メモリ量の削減

　DWMは、Aero Glassのデスクトップ画面を実現するためのウィンドウ・マネージャである。各アプリケーションの表示ウィンドウやデスクトップのパーツなどを3D空間上で合成し、2Dのデスクトップを実現している。枠や背景が透けて下のウィンドウが見えるのは、3D的に見ると、本当に後ろ側に配置されているからである。またフリップ3D機能（［Windows］−［Tab］キーによるダイナミックな切り替え）は、3D空間中にウィンドウを斜めに重ねて配置することにより、ページをめくるようなアプリケーションの切り替えを実現している。

　Windows Vistaにおけるこの仕組みの実現方法は次の通りである。まずアプリケーションのウィンドウ・サイズに相当するバッファを1つ用意し、すべての描画をこのバッファに対して行う（GDI描画命令を呼び出すと、CPUが処理して、このバッファに書き込む）。このバッファは実際には各アプリケーションの共有メモリ・アドレス空間内に配置されている。次にこのバッファを（共有メモリとしてアクセスして）DWMが集め、グラフィックス・カード上にビットマップ・データとして転送する。最後にグラフィックス・カードがそれらのビットマップを3Dモデルにテキスチャ・マッピングする。これが最終的なデスクトップ画面となる。

　一度中間的なバッファを使って描画するのは、CPUが直接グラフィックス・カード上のバッファに書き込むのはコストが高いからだ（メイン・メモリへの書き込みと違い、時間がかかり、ペナルティが大きい）。

　Windows 7＋WDDM 1.1環境では共有メモリ上のバッファを使わず、アプリケーションのGDI描画命令をDirect2D APIとして実行している。これにより、中間的なバッファを使わず、グラフィックス・カード上のバッファに直接書き込むことが可能になった。またメモリを節約しながらも、GPUによる高速なGDI処理を実現している。

　Windows Vista（もしくはWindows 7＋WDDM 1）環境では、必ず中間的なウィンドウ・サイズに相当するバッファが必要となっていたが、これに必要なメモリ・サイズは決して少ないものではない。例えば1024×1024ドット程度のウィンドウ・サイズを持つアプリケーションの場合、必要なバッファ・サイズは約4Mbytesになる（1ピクセルあたり、RGB＋アルファ・チャネルの4bytes）。このようなアプリケーションが50個あったとすると、これだけで4×50＝200Mbytesとなる。Windows 7＋WDDM 1.1ではこの200Mbytesが不要になり、それだけほかのアプリケーションで利用可能なメモリが増えることになる。実際にはDirect2Dのハードウェア・アクセラレーションによる恩恵もあり、Windows 7はWindows Vistaよりも軽快に利用できるようになっている。

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