前两篇更为详细的内容：

现代电子游戏的基石——计算机图形学（1）

现代电子游戏的基石——计算机图形学（2）

前言：

从冷战催生的 SAGE 防空系统到实时交互的矢量图形，从 Sketchpad 开启的 CAD 纪元到犹他大学奠基的 3D 渲染技术，计算机图形学的第一个三十年（1950s–1970s）在军事需求与学术探索中完成了核心算法的原始积累。进入 80 年代，MOS VLSI 技术与 GPU 的出现推动图形学走出实验室，家用电脑、工作站、电子游戏与电影特效让这门学科迅速商业化。90 年代，3D 图形全面爆发，OpenGL 与 DirectX 成为行业标准，英伟达与 AMD 开启显卡双雄时代，虚拟现实与皮克斯动画共同描绘出数字视觉的崭新边界。在光怪陆离的20世纪下半叶里，计算机图形学在经过半个世纪的发展之后，终于迎来了新千年的光芒。

不得不承认，对于图形学发展的介绍将于本章草草收尾。因为最终你会发现，进入21世纪后，随着技术快速发展，可以讲的东西实在是太多。

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正文

2000 年代：

在这一时期，计算机生成的图像（CGI）真正普及开来。到20世纪90年代末，电子游戏和CGI电影已经将计算机图形技术推广到主流领域，并在21世纪初加速发展。CGI也在20世纪90年代末和21世纪初被广泛应用于电视广告，从而为广大观众所熟知。

图形处理器（GPU）的持续发展和日益精进对这十年至关重要，随着3D图形GPU被视为台式电脑制造商的必备配置，3D渲染功能也成为一项标准功能。英伟达GeForce系列显卡在本世纪初主导了市场，ATI偶尔也会占据重要的竞争地位。随着十年的推进，即使是低端电脑通常也配备了某种具备3D功能的GPU，因为英伟达和AMD都推出了价格低廉的芯片组，并继续主导市场。20世纪80年代引入的用于在GPU上执行特定处理的着色器，到本世纪末已被大多数消费级硬件所支持，这极大地提高了图形处理速度，并通过广泛采用法线贴图、凹凸贴图以及其他各种能够模拟大量细节的技术， 显著改善了计算机图形中的纹理和着色效果。

电影和电子游戏中使用的计算机图形技术逐渐变得逼真，甚至达到了“恐怖谷”效应的程度。CGI电影迅速发展， 《冰河世纪》和《马达加斯加的企鹅》等传统动画电影以及皮克斯的众多作品，如《海底总动员》，在该领域占据了票房主导地位。 2001年上映的《最终幻想：灵魂深处》是第一部完全由计算机生成的长篇电影，它使用了照片级逼真的CGI角色，并完全采用动作捕捉技术制作。然而，这部电影的票房并不理想。一些评论家认为，部分原因可能是主角的CGI角色面部特征落入了“恐怖谷”效应。与此同时，《极地特快》等其他动画电影也引起了人们的关注。 《星球大战》也凭借其前传三部曲重回大众视野，其特效继续为电影中的CGI技术树立了标杆。

在电子游戏领域，索尼的PlayStation 2和PlayStation 3、微软的Xbox系列游戏机以及任天堂的GameCube等产品都拥有庞大的用户群体，Windows PC也同样如此。诸如《侠盗猎车手》系列、《刺客信条》系列、《最终幻想》系列、《生化奇兵》系列、《王国之心》系列、《镜之边缘》系列等数十款以 CGI 为主导的知名游戏不断追求照片级真实感，推动了电子游戏产业的发展并使其声名鹊起，最终使电子游戏产业的收入与电影产业相媲美。微软决定通过XNA程序让独立开发者更容易地使用DirectX，但这一举措并未取得成功。然而，DirectX 本身仍然取得了商业上的成功。OpenGL也持续发展成熟，它和DirectX都得到了极大的改进；第二代着色器语言HLSL和GLSL在本世纪初开始流行起来。

在科学计算领域，GPGPU图形处理单元通用计算 (General-purpose computing on graphics processing units)技术被发明出来，用于在GPU和CPU之间双向传输大量数据，从而加速了多种生物信息学和分子生物学实验的分析。该技术也被用于比特币挖矿，并在计算机视觉领域有着广泛的应用。

2010 年代：

在 2010 年代，CGI 在视频中几乎无处不在，预渲染的图形几乎达到了科学上的照片级真实感，而对于未经训练的人来说，在足够高端的系统上实时生成的图形可以模拟出照片级的真实感。

纹理映射已经发展成为一个包含多个图层的多阶段流程；通常情况下，使用着色器将纹理映射、凹凸贴图或等值面贴图或法线贴图、包括镜面高光和反射技术的光照贴图以及阴影体积集成到同一个渲染引擎中并不罕见，而着色器本身也日趋成熟。如今，着色器几乎已成为该领域高级工作的必备工具，它能够逐个元素地操控像素、顶点和纹理，从而实现极其复杂的操作，并产生无数种可能的效果。着色器语言HLSL和GLSL是目前活跃的研究和开发领域。基于物理的渲染(PBR) 也是一个活跃的研究领域，它通过实现多种贴图并进行高级计算来模拟真实的光流。此外，环境光遮蔽、次表面散射、瑞利散射、光子映射、光线追踪等诸多高级领域也备受关注。虽然只有最高端的硬件才能实现 实时提供4K 超高清等超高分辨率图形所需的处理能力，但相关实验已经开始。

如今，大多数动画电影都是电脑生成的；每年都有大量电脑动画电影问世，但由于人们仍然担心“恐怖谷效应”，很少有人尝试追求照片级的真实感。大多数都是3D卡通片。赛璐璐和纯手工作画的时代彻底离我们而去了。

在电子游戏领域，微软Xbox One、索尼PlayStation 4和任天堂 Switch主导了家用游戏机市场，并且都具备先进的 3D 图形功能；Windows仍然是最活跃的游戏平台之一。

2020 年代：

在 2020 年代，光线追踪技术的进步使其能够用于实时渲染，以及用于生成或放大帧的 AI 图形。

虽然光线追踪技术此前就已存在，但英伟达率先推出了光线追踪核心，并大力推广光线追踪技术，同时还推出了DLSS和Tensor核心，推动人工智能的发展。AMD随后也推出了类似的技术，包括FSR、Tensor核心和光线追踪核心。

深度学习超级采样( DLSS ) 是一套由英伟达(Nvidia) 开发的实时 深度学习图像增强和超采样技术，已应用于多款视频游戏中。这些技术的目标是让大部分图形处理流程以较低分辨率运行以提高性能，然后从中推断出一幅更高分辨率的图像，使其细节水平与以更高分辨率渲染的图像大致相同。这样，用户就可以根据自己的喜好，在给定的输出分辨率下获得更高的图形设置或帧速率。

英伟达在2018年9月发布GeForce RTX 20系列GPU时，将DLSS作为其关键特性进行宣传。当时，由于该算法需要针对每款游戏进行专门训练，且效果通常不如简单的分辨率提升，因此其应用仅限于少数几款游戏，例如《战地5》或《地铁：离乡》。 2019年，《控制》游戏加入了光线追踪和一种近似于DLSS的图像处理算法，但该算法并未利用Tensor Core。

2020年4月，英伟达发布了名为DLSS 2的改进版DLSS，驱动程序版本为445.75。DLSS 2.0适用于包括《Control》和《Wolfenstein: Youngblood》在内的一些现有游戏，之后也被添加到许多新发布的游戏和游戏引擎中，例如虚幻引擎和Unity。英伟达表示，此次DLSS 2.0再次使用了Tensor Core，并且人工智能无需针对每款游戏进行专门训练。尽管都使用了DLSS这个名称，但这两个版本的DLSS存在显著差异，并且不向下兼容。

2025 年 1 月，Nvidia 表示，已有超过 540 款游戏和应用程序支持 DLSS，超过 80% 的Nvidia RTX用户启用了 DLSS。

据英伟达称，截至2025年3月，已有超过100款游戏支持DLSS 4。截至2025年5月，支持DLSS 4的游戏已超过125款。

首款采用 DLSS 技术的电子游戏主机Nintendo Switch 2于 2025 年 6 月 5 日发布。

Nvidia 在CES 2026上发布了 DLSS 4.5。

2026年1月，英伟达表示，超过250款游戏和应用程序支持多帧生成。

2026年3月16日，在GTC 2026大会上，英伟达CEO黄仁勋发布了DLSS 5，这是一种基于神经渲染的实时AI模型，能够在高达4K分辨率下逼真地增强光照和材质表面，同时保留开发者的预期艺术风格。