Когда компьютерная картинка стала обычной
Очевидная перемена 1990-х состояла в том, что трёхмерное моделирование подешевело достаточно, чтобы стать обычным, и что компьютерная графика вообще стала лучше так, как это видит неспециалист. Домашний компьютер мог брать работы по рендерингу, которые раньше принадлежали рабочим станциям ценой в тысячи долларов. Когда моделлеры заработали на этих домашних машинах, рабочая станция Silicon Graphics потеряла место, которое занимала само собой, и обычным выбором стали PC под Windows и компьютеры Macintosh с инструментами Autodesk, такими как 3D Studio, или с другими программами рендеринга, рассчитанными на стол. К концу десятилетия графическая микросхема шла к положению, которое занимает до сих пор.
Впервые некоторые отрендеренные картинки могли сойти за фотографии для нетренированного глаза. Тренированного художника компьютерной графики они не обманывали, и зазор между этими двумя зрителями составляет сюжет следующих двадцати лет. Трёхмерная графика стала обычной ещё и в играх, в мультимедиа и в анимации, а не особым фрагментом, на который показывают пальцем.
Телевидение, затем история игрушки
В конце 1980-х и в начале 1990-х Франция выпустила первые телесериалы компьютерной графики. La Vie des bêtes студии Mac Guff Ligne датируется 1988 годом. Les Fables géométriques студии Fantôme шли с 1989 по 1991 год. Quarxs Мориса Бенаюна и Франсуа Схёйтена, сделанный в Z-A, шёл с 1990 по 1993 год и стал первым сериалом компьютерной графики для телевидения высокой чёткости. Сериал важнее разового фильма. Сериал значит, что конвейер можно прогнать снова на следующей неделе.
В кино коммерческий подъём Pixar принадлежит этому десятилетию. Toy Story 1995 года, режиссёр Джон Лассетер, имел и критический, и коммерческий успех масштаба девятизначной суммы. Модели строили на рабочих станциях Silicon Graphics и Sun. Кадры производил RenderMan. Это был первый кинотеатральный полнометражный фильм, чьё изображение целиком создано компьютером. Студия, изобретшая программируемый шейдер, и после того продолжала делать анимационные фильмы, а её заранее просчитанная работа оставалась точкой отсчёта для всех остальных. У старой цели Эдвина Кэтмалла, полнометражного фильма, сделанного таким способом, появилась дата выхода.
Игры, которые и правда были трёхмерными
В 1992 году Virtua Racing на аркадной плате Model 1 фирмы Sega заложила почву для полностью трёхмерных гонок и показала полигональную графику реального времени широкой игровой аудитории. Model 2 в 1993 году и Model 3 в 1996 году продвинули это оборудование дальше. На PC фирма id Software выпустила за десятилетие Wolfenstein 3D, Doom и Quake, с подходом к рендерингу, который разработал главным образом Джон Кармак. Они были чрезвычайно популярны и научили поколение игроков тому, как ощущается вид от первого лица, посчитанный в реальном времени. Различие стоит сохранить. Мир Doom не относится к тому же роду трёхмерности, что поздняя игра со свободной камерой. Игроки переживали его как глубину. Ограничение было техническим выбором, который стал ещё и стилем.
Sony PlayStation, Sega Saturn и Nintendo 64 разошлись миллионными тиражами и поселили трёхмерность в гостиной. Горстка игр конца 1990-х взяла на себя непропорционально большую долю обучения: Super Mario 64, The Legend of Zelda: Ocarina of Time и игры-поединки вроде Virtua Fighter, Battle Arena Toshinden и Tekken. После них приставка, не умевшая трёхмерность, выглядела недоделанной, нужно было трёхмерное изображение конкретной игре или нет.
Микросхема, которая назвала себя GPU
Алгоритмы продолжали двигаться. В 1996 году Венкат Кришнамурти и Марк Левой описали наложение нормалей, улучшение рельефного наложения Джима Блинна. Карта нормалей хранит направление, а не высоту, и освещение затем ведёт себя так, будто поверхность подробнее сетки. В 1999 году Nvidia выпустила GeForce 256, первую домашнюю видеокарту, которую продавали как графический процессор. По собственным словам компании, в ней были «интегрированные блоки преобразования, освещения, подготовки и отсечения треугольников и рендеринга». Одна микросхема делала геометрию и пиксели. Nvidia назвала её первым в мире GPU.
Рядом с этим заявлением нужна более ранняя микросхема. μPD7220 фирмы NEC, начала 1980-х, уже был единым интегрированным графическим процессором, первый в своём роде. GeForce 256 первый в другой работе: преобразование и освещение на самой плате, в изделии для домашнего PC. К концу 1990-х машины сошлись ещё и на общих интерфейсах программирования, DirectX и OpenGL. AMD через ATI стала другим крупным производителем графических плат. Дуополия отсчитывается от этого десятилетия.
2000-е и впадина на графике
К концу 1990-х игры и кино компьютерной графики вывели её в общий обиход. 2000-е это ускорили. Компьютерную графику оптом взяли в телевизионную рекламу, так что люди, которые никогда не играли и не искали анимационный фильм, всё равно видели эти картинки каждый вечер. Графическая микросхема становилась всё способнее, и GPU с поддержкой трёхмерности стало тем, что изготовителю настольного компьютера полагалось ставить. Линейка GeForce фирмы Nvidia господствовала в ранней части десятилетия, а ATI была серьёзным соперником. Позже даже дешёвые машины обычно имели какую-нибудь трёхмерную микросхему: и Nvidia, и AMD продавали недорогие изделия и держали рынок между собой.
Шейдеры, введённые в 1980-х как специализированные программы на графическом оборудовании, к концу 2000-х поддерживало большинство потребительских карт. Это ускорило картинки и сделало подробную текстуру и затенение нормой, а не исключением. Наложение нормалей, рельефное наложение и семейство родственных уловок позволяют сравнительно грубой сетке читаться как подробная поверхность. Картинки в фильмах и играх подошли к фотографии достаточно близко, чтобы войти в зловещую долину: провал комфорта, который, как говорят, появляется, когда человеческое лицо почти верно и всё ещё неверно.
Final Fantasy: The Spirits Within 2001 года стал первым полностью компьютерным полнометражным фильмом с фотореалистичными персонажами, целиком сделанным захватом движения. Кассовым успехом он не стал. Часть комментаторов винила лица, которые сидели в той долине. The Polar Express привлёк внимание того же рода. Другие фильмы компьютерной графики просто не приняли пари. Ice Age, Madagascar и фильмы Pixar вроде Finding Nemo господствовали в анимационной кассе как мультфильмы, трёхмерные по своим моделям и явно не пытавшиеся, чтобы их приняли за фотографию. Star Wars вернулся трилогией приквелов и всё заново задавал, сколько игровому фильму полагается тратить на цифровые картинки.
На приставках большую аудиторию держали PlayStation 2 и 3, линейка Xbox и GameCube фирмы Nintendo, и то же делал PC под Windows. Серии вроде Grand Theft Auto, Assassin's Creed, Final Fantasy, BioShock, Kingdom Hearts и Mirror's Edge тянулись к фотографической подробности и растили игровой бизнес, пока о его выручке не заговорили на одном дыхании с кино. Microsoft пыталась облегчить DirectX независимым разработчикам через XNA. Программа не удалась. Сам DirectX удался. OpenGL взрослел рядом, и шейдерные языки второго поколения, HLSL и GLSL, стали обычным способом писать интересную часть рендерера.
В научных вычислениях появился GPGPU: перенос больших объёмов данных в обе стороны между графической микросхемой и CPU, чтобы графическую микросхему использовать как вычислитель. Это ускорило работу в биоинформатике и молекулярной биологии. Ту же идею обратили на добычу Bitcoin, и она находит применение в компьютерном зрении. Микросхема, спроектированная красить треугольники, стала общей арифметической машиной, которая заодно хорошо умеет треугольники.
2010-е и после
В 2010-х компьютерная графика стала почти повсеместной в видео. Заранее просчитанная графика могла быть фотореалистичной в научном смысле, а графика реального времени на системе высокого класса могла какое-то время сходить за такую нетренированному глазу. Наложение текстур стало стопкой стадий. Обычным делом стало совмещать в одном движке цветовую текстуру, карту рельефа или нормалей, карты освещения, отражение и теневые объёмы, и всем этим управляют шейдеры. Для сложной работы шейдеры почти обязательны. Они позволяют программе трогать пиксели, вершины и текстуры по одному элементу за раз, а это очень много верёвки. HLSL и GLSL оставались живыми предметами исследования. То же и физически корректный рендеринг: он берёт много карт и более тяжёлый расчёт освещения, чтобы материалы вели себя скорее как оптические поверхности, чем как краска. Затенение от окружения, подповерхностное рассеяние, рассеяние Рэлея, фотонные карты и трассировка лучей (ray tracing) помещались все на одной тесной обочине. Начались опыты с 4K в реальном времени. Они были недоступны ничему, кроме самой верхней аппаратуры.
В кинотеатрах большинство анимационных полнометражных картин было компьютерной графикой, и мало какие из них гнались за фотореализмом. Страх зловещей долины никуда не делся. Большая часть сделанного была трёхмерным мультфильмом. В гостиной домашними приставками были Xbox One, PlayStation 4 и Nintendo Switch, все способны на развитую трёхмерность, а Windows оставалась одной из главных игровых платформ.
В 2020-х трассировка лучей стала пригодна, пока картинка ещё на экране. Ждать всю ночь было уже не единственным способом её увидеть. Появились методы искусственного интеллекта, чтобы порождать кадры или повышать их разрешение. Nvidia толкала и то и другое: ядра трассировки лучей, а также DLSS и тензорные ядра. AMD пошла следом, с FSR и с собственным оборудованием трассировки лучей. Спор, который начался с лучей Аппеля в 1968 году, следовать ли за светом или подделывать его достаточно быстро, теперь пункт в меню графической карты. Метод, которому когда-то был нужен самый мощный компьютер на земле, стал настройкой.