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Direct3D est une bibliothèque logicielle de la série Microsoft DirectX. Direct3D est utilisé uniquement dans les multiples systèmes d'exploitation Windows de Microsoft (Windows 95 et au-delà), ainsi que dans la Xbox. Direct3D sert à créer des graphismes en trois dimensions pour les applications où la performance est importante, comme les jeux vidéo. Direct3D permet également à des applications de fonctionner en plein écran, plutôt qu'intégrées dans une fenêtre, bien qu'elles puissent toujours tourner dans une fenêtre si elles sont programmées pour cette utilisation. Direct3D utilise l'accélération matérielle si elle est disponible à travers une carte graphique.
Direct3D est une API 3D. C'est-à-dire qu'elle contient un grand nombre d'instructions pour l'affichage 3D, et très peu pour l'affichage 2D. Microsoft effectue des mises à jour continuelles de Direct3D pour permettre l'exploitation des dernières technologies disponibles sur les cartes graphiques 3D. Direct3D fournit une émulation logicielle complète pour les calculs concernant les sommets (vertex en anglais), mais aucune émulation logicielle pour les calculs concernant les pixels pour les fonctionnalités non disponibles au niveau matériel. Par exemple, si un logiciel programmé avec Direct3D nécessite des pixel shaders et que la carte graphique de l'ordinateur de l'utilisateur ne fournit pas cette fonctionnalité, Direct3D ne l'émulera pas. En conséquence, le programme s'arrêtera probablement avec un message d'erreur.
Les concurrents de Direct3D sont les bibliothèques respectant le standard OpenGL. Il y a de nombreuses fonctionnalités et problèmes sur lesquels les partisans de l'une ou l'autre API sont en désaccord.