Inne
Artykuł
Maciej Zabłocki, Środa, 13 grudnia 2017, 14:30

Karty z tego obrazka chyba nie musimy nikomu przedstawiać. W blisko 20-letnim rozwoju grafiki trójwymiarowej było mnóstwo kamieni milowych. Także początki były bardzo ciekawe, dlatego warto przypomnieć kluczowe karty graficzne i działalność firm, które stoją za ogromnym postępem w grafice 3D na komputerach osobistych. Ta niewątpliwie przeszła niesamowitą drogę, od kwadratowych zlepków pikseli do dzisiejszych, zachwycających wizualnie gier.

Żeby właściwie rozpocząć tę historię, musimy uruchomić wehikuł czasu i wrócić do 1991 roku. Właśnie z tego roku pochodzi gigantyczny kamień milowy w postaci pierwszego w historii akceleratora graficznego 2D GUI (Graphical User Interface), przygotowanego przez wtedy jeszcze niewielką firmę S3 (nazwa wzięła się od Start-Up Number 3 i nie oznacza niczego konkretnego). Założyli ją w 1989 roku w Kalifornii Dado Banatao i Ronald Yara. Od samego początku, w dobie rosnącego zapotrzebowania na obsługę graficznego interfejsu użytkownika, toczyły się prace nad akceleratorem 2D o oznaczeniu 86C911, zakończone po 2 latach. Co ciekawe, oznaczenie miało nawiązywać do Porsche 911 i sugerować niebywałą szybkość tego układu. Był to czołowy akcelerator 2D aż do 1995 roku, kiedy to wszystkie największe firmy zaczęły dodawać akceleratory do swoich układów 3D. 

„Decelator” w całej okazałości. Choć nie był to wydajnościowy potwór, miał istotny wpływ na spopularyzowanie akceleratorów 3D

Dzieje firmy S3 wspominam nie bez przyczyny. W historii rozwoju grafiki 3D odegrała bowiem bardzo istotną rolę. Pod koniec 1995 roku zaprezentowała swój pierwszy, tani układ graficzny zdolny przyspieszyć wyświetlanie obrazu trójwymiarowego. Dumnie nazwany ViRGE (od Virtual Reality Graphics Engine), dodał pewną istotną funkcję: filtrowanie dwuliniowe (a obsługiwał też filtrowanie trójliniowe). Miał możliwości akceleracji grafiki 2D na poziomie Matroxa Millenium (konstrukcji niezwykłej w tej dziedzinie), umiał tworzyć grafikę trójwymiarową z 16-bitową paletą kolorów (przypomnę, że jest to 65 536 barw) i dodawać efekty atmosferyczne, takie jak mgła i dym. Miał do 4 MB pamięci, a rdzeń graficzny i pamięć były w nim taktowane z częstotliwością 66 MHz.

Niestety, nie wszystko poszło wtedy po myśli twórców. Ze względu na koszmarną obsługę techniczną, w tym bardzo niedopracowane sterowniki, S3 ViRGE, zamiast przyspieszać wyświetlanie grafiki 3D, często je spowalniał. W niektórych przypadkach lepsze efekty można było osiągnąć z użyciem samego procesora, przez co ViRGE został prześmiewczo nazwany decelatorem. W swoim czasie jednak wykonał wspaniałą pracę i na dobre wprowadził obraz trójwymiarowy pod strzechy.

W 1995 roku mocno zabłysnął też Matrox. Jedną z pierwszych kart graficznych wspomagających wyświetlanie grafiki nie tylko płaskiej, ale też trójwymiarowej był Matrox Millennium, o którym nieco obszerniej pisaliśmy we wczorajszym felietonie. Karta zdolna była wytworzyć w obrębie własnej pamięci dodatkowy bufor trzeciej współrzędnej, Z (czyli pozwalającej umieszczać przedmioty „w głębi” ekranu). Dodatkowo model Millennium umiał cieniować obiekty trójwymiarowe metodą Gourauda.

3DLabs Oxygen GMX HQ. Wygląda komicznie, szczególnie na tle współczesnych kart graficznych

Istotnym graczem na rynku była też założona w 1983 roku firma 3Dlabs. Na początku 1993 roku rozpoczęła prace nad akceleratorem grafiki 3D ukierunkowanym na obsługę bibliotek OpenGL w środowiskach UNIX i Windows/NT. W listopadzie wprowadziła układ GLiNT, który umiał w tamtych czasach bardzo dużo. Mógł wyświetlić całą oteksturowaną scenę, przeprowadzać operacje rastrowe, mapować tekstury, obsługiwał przy tym funkcje wygładzania krawędzi czy mieszania alfa, a nawet wyświetlał takie efekty, jak mgła i dym. Niedługo po tym firma zaprezentowała silnik graficzny GLiNT 3-D, wykorzystywany głównie w oprogramowaniu 3D CAD. W listopadzie 1995 roku pojawił się zaś układ GiGi (Games GLiNT), powstały we współpracy z Creative Labs. To pierwszy układ 3D firmy 3Dlabs zdolny obsługiwać gry trójwymiarowe. Montowany był na karcie Creative Labs 3D Blaster VLB. 

To były piękne czasy, bo producenci mogli nas regularnie zaskakiwać. Dziś już o to bardzo trudno

Początek lat 90. przyniósł istotny rozkwit techniki komputerowej. W lutym 1993 roku do gry weszła także Nvidia, założona przez trzech pasjonatów: Jen-Hsun Huanga, Chrisa Malachowsky'ego i Curtisa Priema. Od razu rozpoczęła pracę nad pierwszym akceleratorem 3D, nazwanym NV1, który do palety funkcji 3D dołożył możliwość sprzętowego nakładania tekstur. Układ wprowadzono w listopadzie 1995 roku, a pierwszą kartą graficzną, która go wykorzystywała, był model Diamond Edge 3D. Niestety, był też blisko 10-krotnie droższy od rywali, a przy tym nakładał tekstury w bardzo niestandardowy sposób, co skutecznie ograniczyło jego popularność do znikomych rozmiarów. W sumie jednak Diamond Edge 3D to była dobra karta, zdolna wyświetlać gry w rozdzielczości 640 × 480 pikseli. Model Edge 3400 zapewniał w tej rozdzielczości nawet 25 klatek na sekundę w większości gier.

Oczywiście, na rynku w tym czasie działały też inne firmy, w tym ATI. Kanadyjski producent układów scalonych powstał w 1985 roku z inicjatywy czterech osób: Lee Ka Laua, Francisa Laua, Benny'ego Laua i Kwok Yuen Ho. W 1994 roku zaprezentował układ Mach64, zapewniający sprzętową obsługę palety kolorów YUV-to-RGB, a także pierwszych technik akceleracji wideo. Firma podążyła w kierunku trójwymiaru: układ Rage 3D łączył elementarną obsługę 3D z akceleracją 2D. Niestety, karta wykorzystywała powolną pamięć EDO RAM, do tego miała jej raptem 2 MB na 32-bitowej szynie. Rok później naprawiono ten błąd i wprowadzono układ Rage II, który mógł się poszczycić już 8 MB pamięci SDRAM na 64-bitowej szynie i przyspieszonym taktowaniem rdzenia, z 40 MHz do 60 MHz. 

ATI 3D Rage II, jeszcze ze złączem PCI. W tamtych czasach był wydajny, choć konkurencja oferowała jeszcze potężniejsze rozwiązania

Zapomnianą firmą jest z pewnością Rendition. Powstała w 1993 roku w Mountain View w Kalifornii. Jej podstawowym celem była rywalizacja na rynku kart najwyższej klasy. Zasłynęła przede wszystkim podjęciem w 1996 roku współpracy z Johnem Carmackiem, z którym to zamierzała stworzyć pierwszą akcelerowaną w 3D wersję Quake'a (była to zarazem pierwsza gra akcelerowana w 3D). W założeniu Rendition Verite 1000 miała być najlepszym sprzętem do tej produkcji. Choć gra została wydana i wszystko wyglądało poprawnie, Verite 1000 pogrążyła fatalna obsługa 2D i trudność programowania. Sterowniki pozostawiały wiele do życzenia, co było przyczyną coraz częstszych konfliktów między Carmackiem a Rendition. Ostatecznie rok później ten pierwszy zerwał współpracę, by skupić się wyłącznie na bibliotekach OpenGL. 

Quake to prawdziwy kamień milowy w rozwoju grafiki 3D na PC

Quake zachwycał grafiką i możliwością strzelania do pierwszych w pełni trójwymiarowych wrogów. W ramach ciekawostki warto przypomnieć, że gra początkowo wcale nie była projektowana jako FPS. Pierwotnie zakładano, że będzie to przygodówka z istotnymi elementami RPG – taka trochę Zelda. Bohater miał nawet władać młotem. Jednak zbliżał się termin wydania, a zdążono zaprojektować tylko kilka potworów i poziomów, dlatego zespół ID Software postanowił zrobić coś, na czym znał się najlepiej. 

Przełom 1995 i 1996 roku przyniósł ogromny postęp techniczny w dziedzinie generowania grafiki trójwymiarowej. Najpierw Microsoft wprowadził Windows 95, który skutecznie promował graficzny interfejs użytkownika, a niespełna rok później na rynku zadomowił się pierwszy DirectX. Każdy liczący się producent układów graficznych musiał uwzględnić nowe API, jeśli nie chciał zostać w tyle. W 1996 roku wszyscy miłośnicy komputerów mogli obserwować pasjonujący pojedynek pomiędzy układami PowerVR (NEC/VideoLogic) a Voodoo Graphics, rozwiązaniem wtedy jeszcze mało znanej firmy 3dfx. Odegrała ona szczególnie istotną rolę w naszej historii, bo to właśnie jej produkt na dobre zadomowił się w komputerach większości pecetowych zapaleńców. Firma, powstała w 1994 roku w Kalifornii, po dwóch latach wprowadziła kartę graficzną Voodoo (znaną jako Voodoo 1). 

Kultowy Diamond Monster 3D do złącza PCI. Tej karty chyba nie trzeba nikomu przedstawiać

Chociaż początkowo wróżono 3dfx porażkę (układ PowerVR był bardziej zaawansowany technicznie), pojedynek wygrał właśnie model Voodoo (o roboczej nazwie SST-1). Wszystko dzięki temu, że miał postać karty rozszerzeń do slotu PCI 2.1. Na karcie znajdowały się dwa układy graficzne: 3dfx TexelFX i 3dfx PixelFX, a także od 4 MB do 6 MB pamięci (niestety – wolnej) typu EDO DRAM na 64-bitowej szynie danych. Voodoo obsługiwał jedynie funkcje grafiki trójwymiarowej, zatem do działania wymagał „zwykłej” karty graficznej zgodnej z 2D. Obie karty łączyło się specjalnym zewnętrznym kablem. Żeby zapewnić jak najwyższą wydajność, 3dfx opracowało własny zestaw API, Glide. 

Voodoo Graphics robił ogromne wrażenie na każdym miłośniku PC. Nie dość, że kilkukrotnie przyspieszał szybkość generowania grafiki, to jeszcze zapewniał rewelacyjną, jak na tamte czasy, jakość obrazu i zwiększył rozdzielczość w grach z 320 × 200 pikseli do 640 × 480 pikseli. Co szczególnie istotne, to właśnie od czasu wprowadzenia Voodoo (w sierpniu 1996 roku) rozpoczęła się prawdziwa pogoń za jakością grafiki 3D. To wydarzenie określa się mianem początku ery pełnego trójwymiaru w grafice komputerowej. Voodoo obsługiwał takie techniki, jak: korekcja perspektywy, filtrowanie dwuliniowe tekstur, level of detail (LOD), MIP mapping, sub-pixel correction, cieniowanie Gourauda, wygładzanie krawędzi, 16-bitowy bufor głębokości, efekt przezroczystości, efekt mgły, a nawet funkcje nakładania wielu tekstur, ich przenikania i animowania.

Voodoo Rush nie był, niestety, udanym produktem i szybko został wycofany z rynku

Rok później, także w sierpniu, nadeszła problematyczna karta Voodoo Rush, która wykorzystywała już wewnętrzny akcelerator 2D, ale pochodzący od zewnętrznej firmy (Alliance Semiconductor). Jego wydajność i jakość generowanego obrazu pozostawiały sporo do życzenia. Voodoo Rush okazał się na tyle kłopotliwy i mało popularny, że jego produkcję zakończono już pod koniec roku, by w lutym 1998 roku wprowadzić model Voodoo 2.

Niestety, 3dfx istniało bardzo krótko. Kierownictwo zbyt wiele uwagi poświęcało badaniom i rozwojowi, a już opracowane karty nie sprzedawały się najlepiej (ze względu na bardzo wysoką cenę). Aż do czasu Voodoo 5. Ten jednak nie zdołał ocalić firmy przed bankructwem: w 2000 roku ogłoszono postępowanie likwidacyjne. To, co zostało z 3dfx, razem ze wszystkimi patentami, za 69 milionów dolarów kupiła Nvidia, która część pracowników przekierowała do prac nad GeForce'em FX-em.

Historia 3dfx to świetny materiał na osobny felieton i na pewno jeszcze kiedyś do niej wrócimy. Warto przypomnieć, że w latach 1997–2000 Nvidia i 3dfx toczyły między sobą zażartą walkę. Ta pierwsza wprowadziła w tych latach rewelacyjną Rivę 128, Rivę TNT i wreszcie GeForce'a 256, zbudowanego w niezwykłej, 256-bitowej architekturze. 

Wróćmy jednak do lat 1994–1997 i zobaczmy, jak wyglądały gry wydane w tym okresie. Rozpoczęła się prawdziwa pogoń za jakością 3D, w wielu domach zagościły pierwsze akceleratory 3D, a Sony wprowadziło konsolę PlayStation 1. Konsola zachwycała niezwykłą, jak na tamte czasy, jakością obrazu. Pamiętacie demo technologiczne T-Rex? Coś pięknego. W 1994 roku na PC triumfy święciły takie produkcje, jak: Jazz Jackrabbit, Jagged Alliance, Master of Magic, System Shock. To także rok doskonałych strategii, takich jak pierwszy Warcraft i UFO: Enemy Unknown. Przyniósł też strategię ekonomiczną Transport Tycoon, sprzedawaną na czterech dyskietkach, którą doskonale wspominam. W tym czasie na PS1 mogliśmy zagrać w produkcje 3D, do których PC musiał dojrzewać blisko dwa lata. Z 1996 roku dobrze wspominam choćby pierwszą część Tomb Raidera i świetną Interstate 76. A pamiętacie Duke Nukem 3D? W co wtedy graliście? 

Magistrala PCI szybko przestała być wystarczająca dla bardzo wydajnych kart graficznych, dlatego Intel rozpoczął prace nad zupełnie nowym złączem, AGP. Jego specyfikację ogłosił w 1996 roku. Ogólnie rzecz biorąc, była to 32-bitowa magistrala przeznaczona wyłącznie do obsługi kart graficznych (w przeciwieństwie do PCI), o przepustowości (w pierwszej wersji) 266 MB/s. Potem były jeszcze AGP w wersji: ×2, ×4 i wreszcie ×8, o przepustowości przekraczającej 2 GB/s. Różnice pomiędzy AGP a PCI początkowo nie były wyraźnie widoczne, co nie zachęcało do zakupu nowych płyt głównych. W codziennych zastosowaniach i klasycznych benchmarkach (np. Business Winstone 97 i HighEnd Winstone 97) obie techniki osiągały w zasadzie identyczne rezultaty. Dopiero system Windows 95 OSR 2.1 w połączeniu z DirectX 5 oraz gry wykorzystujące rozdzielczości ekranu od 1024 × 768 pikseli w górę i tekstury przekraczające pojemność lokalnej pamięci karty graficznej (np. o wielkości powyżej 4 MB) pozwalały docenić nową magistralę. W takich warunkach AGP przewyższała PCI wydajnością nawet kilkukrotnie.

Co szczególnie istotne, w 1995 roku powstał pierwszy w pełni animowany film pełnometrażowy wykorzystujący animacje 3D, Toy Story. W tym czasie pojawiły się też komputery Amiga, zdolne pracować z 24-bitową paletą kolorów (16 777 216 kolorów), co robiło duże wrażenie w porównaniu z XGA w komputerach klasy IBM PC. Może macie swoje wspomnienia związane z Amigą lub ówczesnymi pecetami? Z jakich kart graficznych wtedy korzystaliście? Dzielcie się swoimi wspomnieniami w komentarzach!

Bajka, która nieco wyprzedziła swoją epokę

Dwie dekady później mamy już takie karty graficzne, jak GeForce GTX 1080 Ti (sprawdź najlepsze oferty) i stale trzymający cenę Radeon RX Vega 64. Na rynku brakuje firm zdolnych rywalizować z Nvidią i AMD. Mamy jednak niesamowitą grafikę, wydajność i technologię, które mogą doprowadzić do niezwykłych rezultatów. Czy pomoże w tym nowy Titan Nvidii, zbudowany w architekturze Volta? O tym przeczytacie na naszych łamach nieco więcej już niebawem, a ja powrócę do rozwoju grafiki komputerowej i przełomu tysiącleci w następnym felietonie. Pozostańcie na fali!

Ocena artykułu:
Ocen: 26
Zaloguj się, by móc oceniać
eNeSik (2017.12.13, 14:43)
Ocena: 19

0%
Uzytkownicy PCL sa rozpieszczani ostanimi czasy
czolgista778 (2017.12.13, 14:51)
Ocena: 9

0%
Alejajca @ 2017.12.13 14:42  Post: 1113951
Ostatnio wyrzuciłem Decelatora S3 Virge DX/GX 2MB :(

No toś narobił :E
Ja ostatnio Kupiłem ViRGE DX/4MB '2themax', Voodoo 2 12MB, Rivę 128 i kilka innych wiekowych gadżetów. Kupa frajdy znowu odpalić Win 98 SE na Pentiumie II a i w dodatku świetna lokata kapitału - szczególnie karty 3dfx.
Vendeur (2017.12.13, 15:00)
Ocena: 8

67%
eNeSik @ 2017.12.13 14:43  Post: 1113952
Uzytkownicy PCL sa rozpieszczani ostanimi czasy


To zależy. Z jednej strony fajne artykuły jak ten dziś oraz poprzedni o Matroxach, z drugiej takie badziewia, że czytelnicy nie wiedzą, czy się śmiać, czy płakać... To pewnie tak dla równowagi ;).
matekmz (2017.12.13, 15:05)
Ocena: 0

0%
Vendeur @ 2017.12.13 15:00  Post: 1113957
eNeSik @ 2017.12.13 14:43  Post: 1113952
Uzytkownicy PCL sa rozpieszczani ostanimi czasy


To zależy. Z jednej strony fajne artykuły jak ten dziś oraz poprzedni o Matroxach, z drugiej takie badziewia, że czytelnicy nie wiedzą, czy się śmiać, czy płakać... To pewnie tak dla równowagi ;).

Chce zmienić kilka rzeczy i dziękuję za miłe słowa ;)
forfun (2017.12.13, 15:08)
Ocena: 5

0%
Mój kolega miał Voodoo 1. Opadła mi koparka, jak zobaczyłem Q1 :). Potem miał 2 Voodoo 2 w SLI(jego ojciec to miejscowy bogacz). Wydajność niesamowita vs normalny PC z tamtych czasów. Ja za to miałem RIVE TNT i potem po premierze pierwszego Geforce 256(kosztował coś koło 2 tys. z wszystkimi bajerami, typu wyjście tv).
matekmz (2017.12.13, 15:12)
Ocena: 0

0%
U mnie królował Voodoo, potem Riva TNT właśnie, aż wreszcie przyszła pora na Radeona 256 (tak skakałem po producentach) i po 2000 roku GeForce 2 MX ;)
mikolaj612 (2017.12.13, 15:13)
Ocena: 6

0%
Artykuły fajne.
Ale mają dwa problemy, mianowicie :

- zbyt krótkie, trochę opisane po łebkach (ale czyta się jak najbardziej spoko),
- obecna forma raczej pasuje bardziej na blog jak na stronę główną (ilość treści).

Co ja bym proponował? Ano zamiast robić XXX tekstów, to konsolidować te z bliźniaczych rejonów aby były treściwsze.
Dłuższy tekst zajmuje więcej czasu, ale też można go rozbudować za to i ja bym za taką formą optował.
Obecna zbyt przypomina wszelakie blogi jak dobreprogramy.pl czy inne.
Nie żeby to było jakoś bardzo złe czy uwłaczające - bo autor dopiero rozpoczyna swoją przygodę tutaj - ale dobrze by było od początku popracować nad dłuższą formą publikacji i jej nie rozdrabniać.

Ja prywatnie nie lubię blogowej formy tekstów, szczególnie tych z formułą CDN.
Później człowiek w gąszczu i natłoku informacji ma problem wyszukać to wszystko i przeczytać jednym tchem, albo czas między publikacjami jest tak długi, że się poprzedniej już nie pamięta :)

Chciałbym na koniec zaznaczyć, że czyta się to przyjemnie (brak stron) oraz tematy są wdzięczne/nostalgiczne, stąd autor przez kilka miesięcy spokojnie ma o czym pisać .
matekmz (2017.12.13, 15:14)
Ocena: 0

0%
Dzięki za wszystkie uwagi! ;)
Stjepan (2017.12.13, 15:17)
Ocena: 6

0%
Fajny felieton, prócz Matroxa w moich pc siedziały różne karty, był S3 Trio, ATI Mach 64 o których nie wspomnieliście, S3 Virge 2MB, ATI Rage IIc, Matrox Mystique no i oczywiście Voodoo 1 i Voodoo 2, dopiero potem dochrapałem się Geforca 2MX.
Zaloguj się, by móc komentować
Artykuły spokrewnione
Facebook
Ostatnio komentowane