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用語解説 WDDM 1.1（Windows Display Driver Model 1.1） デジタルアドバンテージ　打越 浩幸 2009/08/31

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。

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。

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。 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。 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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