Als Computerbilder alltäglich wurden
Was sich in den 1990er Jahren vor allem änderte, war, dass dreidimensionales Modellieren billig genug wurde, um gewöhnlich zu sein, und dass CGI insgesamt besser wurde, auf eine Art, die auch ohne Fachkenntnis zu sehen war. Ein Heimrechner konnte Renderarbeiten übernehmen, die Workstations gehört hatten, welche Tausende von Dollar kosteten. Sobald die Modellierprogramme auf diesen Heimrechnern liefen, verlor die Workstation von Silicon Graphics den Platz, der ihr wie von selbst gehört hatte, und Windows-PCs und Macintoshes mit Werkzeugen von Autodesk wie 3D Studio, oder mit anderer Rendersoftware für den Schreibtisch, wurden die gewöhnliche Wahl. Am Ende des Jahrzehnts war der Grafikchip auf dem Weg zu der Stellung, die er noch immer hat.
Zum ersten Mal konnten manche gerechneten Bilder für ein ungeschultes Auge als Fotografien durchgehen. Eine ausgebildete CGI-Künstlerin ließ sich nicht täuschen, und die Lücke zwischen diesen beiden Arten des Sehens ist die Handlung der nächsten zwanzig Jahre. 3D-Grafik wurde auch in Spielen, in Multimedia und in der Animation gewöhnlich, statt einer besonderen Sequenz, auf die man zeigte.
Fernsehen, dann eine Spielzeuggeschichte
Ende der 1980er und Anfang der 1990er Jahre brachte Frankreich die ersten Fernsehserien der Computergrafik hervor. La Vie des bêtes, von Mac Guff Ligne, datiert auf 1988. Les Fables géométriques, vom Studio Fantôme, lief von 1989 bis 1991. Quarxs, von Maurice Benayoun und François Schuiten bei Z-A, lief von 1990 bis 1993 und war die erste Computergrafikserie für hochauflösendes Fernsehen. Serien zählen mehr als ein einmaliger Film. Eine Serie heißt, dass sich die Pipeline nächste Woche wieder fahren lässt.
Im Film gehört der kommerzielle Aufstieg von Pixar in dieses Jahrzehnt. Toy Story, 1995, Regie John Lasseter, war ein kritischer und ein kommerzieller Erfolg in neunstelliger Größenordnung. Die Modelle entstanden auf Workstations von Silicon Graphics und Sun. RenderMan erzeugte die Einzelbilder. Es war der erste Spielfilm fürs Kino, dessen Bilder vollständig vom Computer erzeugt waren. Das Studio, das den programmierbaren Shader erfunden hatte, machte danach weiter Animationsfilme, und seine vorausgerechnete Arbeit blieb für alle anderen ein Bezugspunkt. Edwin Catmulls altes Ziel, ein auf diese Weise gemachter Spielfilm, hatte einen Veröffentlichungstermin.
Spiele, die wirklich dreidimensional waren
1992 legte Virtua Racing auf der Arcade-Platine Model 1 von Sega den Grund für vollständig dreidimensionale Rennspiele und zeigte polygonale Grafik in Echtzeit einem breiten Spielpublikum. Das Model 2 von 1993 und das Model 3 von 1996 trieben diese Hardware weiter. Auf dem PC brachte id Software über das Jahrzehnt Wolfenstein 3D, Doom und Quake heraus, mit einem Renderverfahren, das vor allem John Carmack entwickelt hatte. Sie waren außerordentlich beliebt und brachten einer Generation von Spielerinnen bei, wie sich eine Egoperspektive anfühlte, die in Echtzeit berechnet wurde. Die Unterscheidung lohnt. Die Welt von Doom ist nicht dieselbe Art von 3D wie ein späteres Spiel mit einer Kamera ohne Einschränkung. Die Spielerinnen erlebten sie als Tiefe. Die Einschränkung war eine technische Entscheidung, die auch zu einem Stil wurde.
Die PlayStation von Sony, der Saturn von Sega und der Nintendo 64 verkauften sich in die Millionen und brachten 3D ins Wohnzimmer. Eine Handvoll Spiele der späten 1990er Jahre besorgte einen unverhältnismäßig großen Teil dieser Lehre: Super Mario 64, The Legend of Zelda: Ocarina of Time und Kampfspiele wie Virtua Fighter, Battle Arena Toshinden und Tekken. Danach wirkte eine Konsole, die kein 3D konnte, unfertig, ob ein bestimmtes Spiel 3D brauchte oder nicht.
Ein Chip, der sich GPU nannte
Die Algorithmen blieben in Bewegung. 1996 beschrieben Venkat Krishnamurthy und Marc Levoy das Normal Mapping, eine Verbesserung des Bumpmappings von Jim Blinn. Eine Normal-Map speichert eine Richtung statt einer Höhe, und die Beleuchtung verhält sich dann so, als wäre die Fläche detaillierter als das Netz. 1999 brachte Nvidia die GeForce 256 heraus, die erste Grafikkarte für den Haushalt, die als Grafikprozessor vermarktet wurde. In den eigenen Worten der Firma enthielt sie „integrierte Rechenwerke für Transformation, Beleuchtung, Dreiecksaufbau/Clipping und Rendern“. Ein Chip erledigte die Geometrie und die Pixel. Nvidia nannte sie die erste GPU der Welt.
Dieser Anspruch braucht den früheren Chip neben sich. Der μPD7220 von NEC, aus den frühen 1980er Jahren, war bereits ein einzelner integrierter Grafikprozessor, der erste seiner Art. Die GeForce 256 ist eine Erste bei einer anderen Aufgabe: Transformation und Beleuchtung auf der Karte, in einem Produkt, das für einen Heim-PC verkauft wurde. Bis zum Ende der 1990er Jahre hatten sich die Maschinen auf gemeinsame Programmierschnittstellen geeinigt, DirectX und OpenGL. AMD wurde über ATI der andere große Hersteller von Grafikplatinen. Das Duopol stammt aus diesem Jahrzehnt.
Die 2000er und ein Tal in der Kurve
Ende der 1990er Jahre hatten Spiele und das CGI-Kino die Computergrafik in den allgemeinen Gebrauch getragen. Die 2000er Jahre beschleunigten das. CGI wurde in großer Menge für die Fernsehwerbung übernommen, sodass Leute, die nie ein Spiel spielten und nie einen Animationsfilm aufsuchten, die Bilder trotzdem jeden Abend sahen. Der Grafikchip wurde immer leistungsfähiger, und eine GPU, die 3D konnte, wurde etwas, dessen Einbau man von einem Hersteller von Desktop-Rechnern erwartete. Die GeForce-Reihe von Nvidia beherrschte den frühen Teil des Jahrzehnts, mit ATI als ernsthaftem Konkurrenten. Später hatten auch billige Maschinen gewöhnlich irgendeinen 3D-Chip, weil sowohl Nvidia als auch AMD preiswerte Bauteile verkauften und den Markt unter sich behielten.
Shader, in den 1980er Jahren als spezialisierte Programme auf der Grafikhardware eingeführt, wurden bis Ende der 2000er Jahre auf den meisten Karten für den Privatgebrauch unterstützt. Das beschleunigte die Bilder und machte detaillierte Textur und Schattierung gewöhnlich, nicht mehr außergewöhnlich. Normal Mapping, Bumpmapping und eine Familie verwandter Kniffe ließen ein verhältnismäßig grobes Netz als detaillierte Fläche erscheinen. Die Bilder in Filmen und Spielen kamen dem Fotografischen nah genug, um in das unheimliche Tal zu laufen: die Senke im Behagen, von der es heißt, sie trete ein, wenn ein menschliches Gesicht fast richtig ist und doch falsch.
Final Fantasy: The Spirits Within, 2001, war der erste vollständig computergenerierte Spielfilm, der fotorealistische Figuren benutzte und ganz mit Bewegungserfassung gemacht war. Ein Kassenerfolg war er nicht. Manche Kommentatorinnen gaben den Gesichtern die Schuld, die in diesem Tal saßen. The Polar Express zog eine Aufmerksamkeit derselben Art auf sich. Andere CGI-Filme lehnten die Wette einfach ab. Ice Age, Madagascar und Filme von Pixar wie Finding Nemo beherrschten die Kinokasse der Animationsfilme als Cartoons, die in ihren Modellen dreidimensional waren und offenkundig nicht darauf aus waren, mit einer Fotografie verwechselt zu werden. Star Wars kehrte als Prequel-Trilogie zurück und setzte immer wieder neu, was ein Realfilm an digitalen Bildern ausgeben sollte.
Bei den Konsolen hatten die PlayStation 2 und 3, die Xbox-Reihe und der GameCube von Nintendo ein großes Publikum, und der Windows-PC ebenso. Reihen wie Grand Theft Auto, Assassin's Creed, Final Fantasy, BioShock, Kingdom Hearts und Mirror's Edge drängten auf fotografisches Detail und ließen das Spielgeschäft so weit wachsen, dass seine Umsätze im selben Atemzug genannt wurden wie das Kino. Microsoft versuchte, DirectX für unabhängige Entwicklerinnen mit XNA leichter zu machen. Das Programm war kein Erfolg. DirectX selbst war einer. OpenGL reifte daneben heran, und die Shadersprachen der zweiten Generation, HLSL und GLSL, wurden der gewöhnliche Weg, den interessanten Teil eines Renderers zu schreiben.
Im wissenschaftlichen Rechnen kam GPGPU auf: große Datenmengen in beide Richtungen zwischen einem Grafikchip und einer CPU zu bewegen, damit der Grafikchip als Rechenwerk dienen konnte. Das beschleunigte die Arbeit in der Bioinformatik und der Molekularbiologie. Dieselbe Idee wurde auf das Schürfen von Bitcoin angewandt, und sie hat Verwendung im maschinellen Sehen. Ein Chip, dazu entworfen, Dreiecke einzufärben, war eine allgemeine Rechenmaschine geworden, die zufällig gut mit Dreiecken war.
Die 2010er und danach
In den 2010er Jahren war CGI im Bewegtbild nahezu allgegenwärtig. Vorausgerechnete Grafik konnte in einem wissenschaftlichen Sinn fotorealistisch sein, und Echtzeitgrafik auf einem System am oberen Ende konnte für ein ungeschultes Auge eine Weile dafür durchgehen. Die Texturabbildung war zu einem Stapel von Stufen geworden. Gewöhnlich ist, in einer Engine und von Shadern angetrieben, eine Farbtextur mit einer Bump- oder Normal-Map, mit Beleuchtungs-Maps, mit Spiegelung und mit Schattenvolumen zu verbinden. Shader sind für anspruchsvolle Arbeit nahezu Pflicht. Sie lassen ein Programm Pixel, Vertices und Texturen Element für Element anfassen, und das ist eine sehr lange Leine. HLSL und GLSL blieben lebendige Forschungsthemen. Ebenso das physikalisch basierte Rendern, das viele Maps und eine schwerere Lichtberechnung benutzt, damit Materialien sich eher wie optische Oberflächen verhalten als wie ein Anstrich. Umgebungsverdeckung, Streuung unter der Oberfläche, Rayleigh-Streuung, Photon-Mapping und Raytracing saßen alle in demselben belebten Rand. Versuche mit 4K in Echtzeit begannen. Sie lagen außer Reichweite für alles außer der besten Hardware.
In den Kinos waren die meisten animierten Spielfilme CGI, und wenige von ihnen jagten dem Fotorealismus nach. Die Furcht vor dem unheimlichen Tal blieb. Das meiste, was entstand, war ein dreidimensionaler Cartoon. Im Wohnzimmer waren die Xbox One, die PlayStation 4 und die Nintendo Switch die Heimkonsolen, alle zu fortgeschrittenem 3D fähig, und Windows blieb eine der wichtigsten Plattformen für Spiele.
In den 2020er Jahren wurde Raytracing brauchbar, während das Bild noch auf dem Schirm stand. Die Nacht über zu rechnen war nicht mehr der einzige Weg, es zu sehen. KI-Verfahren kamen dazu, um Einzelbilder zu erzeugen oder sie hochzuskalieren. Nvidia trieb beides voran, mit Raytracing-Kernen und mit DLSS und Tensor-Kernen. AMD zog nach, mit FSR und mit eigener Raytracing-Hardware. Die Auseinandersetzung, die 1968 mit den Strahlen von Appel anfing, ob man dem Licht folgt oder es schnell genug vortäuscht, ist heute eine Option im Menü einer Grafikkarte. Ein Verfahren, das einmal den leistungsfähigsten Computer auf der Erde verlangte, wurde eine Einstellung.