Du laboratoire au bureau
Au cours des années 1970, l'université de l'Utah a rassemblé une part surprenante des travaux qui ont fondé le domaine. Ivan Sutherland avait été recruté dans le programme bâti par David Evans. Tous deux y ont donné un cours avancé d'infographie. Des étudiants de cette salle ont plus tard fondé Pixar, Silicon Graphics et Adobe. Le groupe de traitement d'image de Tom Stockham travaillait juste à côté du laboratoire d'infographie. La coupure entre « une image comme donnée » et « une image comme scène » était déjà un couloir, pas un gouffre.
Une main, un visage, une théière
Edwin Catmull venait de Boeing et préparait un diplôme de physique. Il avait grandi avec Disney, aimait l'animation, et avait compris qu'il ne dessinait pas assez bien pour la faire à la main. L'ordinateur, pour lui, était l'étape suivante de l'animation, pas un métier à part. La première animation par ordinateur qu'il ait vue était la sienne : une main qui s'ouvre et se ferme. En 1974, il a ouvert la voie du placage de texture, peindre un motif sur un modèle tridimensionnel. C'est aujourd'hui l'une des techniques de base. Son but déclaré était un long métrage fait d'infographie. Il l'a obtenu deux décennies plus tard, après un rôle de fondateur chez Pixar.
Dans le même cours, Fred Parke a animé le visage de sa femme. La main et le visage apparaissent tous deux dans le long métrage de 1976, Futureworld. Ils avaient d'abord été faits pour un court métrage expérimental de 1972, A Computer Animated Hand. Un public de cinéma a rencontré ces images quatre ans après qu'un laboratoire les avait achevées, ce qui était à peu près le délai ordinaire.
La théière de l'Utah de Martin Newell, et les rendus fixes qu'on en a tirés, sont devenus un raccourci de l'image de synthèse dans les années 1970. Une théière est un bon essai. Elle a des courbes, une anse mince, un bec, et un corps qui doit s'ombrer sans rupture, faute de quoi elle ressemble à de la vaisselle sortie d'un mauvais rêve. On continue de la rendre, le plus souvent comme une plaisanterie qui est aussi une mesure.
John Warnock appartenait au même cercle. Il a fondé Adobe par la suite et, avec PostScript, a changé l'édition : une description de page qu'une machine pouvait porter d'un écran jusqu'à une presse sans que la mise en page se défasse. Adobe a ensuite fait Photoshop, devenu l'outil de référence pour retoucher les photographies, et After Effects, largement employé pour le travail du mouvement au cinéma. James Clark était là lui aussi. Il a fondé Silicon Graphics, dont les machines ont dominé le rendu haut de gamme jusque dans le début des années 1990.
Surfaces cachées, et un ombrage qui n'est pas plat
Une avancée pratique majeure, à l'Utah, a été la détermination des surfaces cachées. Pour dessiner un objet 3D sur un écran, l'ordinateur doit décider quelles surfaces se trouvent derrière l'objet depuis la place du spectateur, et les laisser de côté. Sinon chaque arête arrière transparaît, et l'image se lit comme un modèle filaire même quand on voulait un solide. Le 3D Core Graphics System, d'ordinaire appelé simplement Core, a été la première norme graphique dans cette lignée. Vingt-cinq personnes venues du SIGGRAPH l'ont rédigé comme cadre conceptuel. La spécification a été publiée en 1977 et est devenue une base pour les normes suivantes.
L'ombrage est arrivé dans la même décennie, et c'est lui qui a empêché les images de ressembler à des polygones peints. Henri Gouraud, Jim Blinn et Bui Tuong Phong ont construit les modèles qui portent leurs noms. L'ombrage de Gouraud et l'ombrage de Blinn–Phong laissent une surface suggérer la profondeur, au lieu d'un aplat. En 1978, Blinn a introduit le placage de relief, un moyen de feindre une surface inégale sans ajouter de géométrie. Une grande part des placages qui ont suivi descend de cette tricherie, et c'est une tricherie utile : l'œil accepte une normale qui erre, même quand le polygone en dessous est plat.
Vers la fin de la décennie, les micro-ordinateurs commençaient à se faire des images à eux. Le plus ancien programme d'infographie 3D connu pour une machine familiale est 3D Art Graphics, un ensemble d'effets écrit par Kazumasa Mitazawa et sorti en juin 1978 pour l'Apple II. Ce n'était pas un logiciel de modélisation au sens que le mot a pris ensuite. C'était la preuve que le sujet avait quitté le laboratoire, au moins sous la forme d'une démonstration que l'on pouvait acheter.
L'arcade, puis la puce
Le jeu d'arcade moderne est né dans les années 1970, sur des sprites 2D en temps réel. Pong, en 1972, a été l'un des premiers jeux de borne à devenir un succès. Speed Race, en 1974, déplaçait des sprites le long d'une route qui défilait à la verticale. Gun Fight, en 1975, montrait des personnages animés d'allure humaine. Space Invaders, en 1978, plaçait un grand nombre de figures animées sur un seul écran. Ces deux derniers employaient l'un et l'autre un décaleur à barillet construit en puces discrètes, afin qu'un Intel 8080 puisse déplacer l'image du tampon d'image à une vitesse jouable. L'image était déjà trop lourde pour le processeur seul. Ce fait est toute la décennie suivante, en miniature.
Les années 1980 sont le moment où le domaine a cessé d'être une discipline universitaire qui se trouvait avoir quelques produits, pour devenir une industrie comptant un grand nombre de développeurs. Les micro-ordinateurs se sont répandus. Des gens qui n'auraient jamais vu un TX-2 faisaient des images.
L'intégration à très grande échelle en métal-oxyde-semiconducteur a rendu les processeurs 16 bits disponibles, et elle a produit les premières puces de processeur graphique. Le μPD7220 de NEC a été la première de ces puces, un composant NMOS entièrement intégré. Il acceptait des résolutions jusqu'à 1024 par 1024, et on l'a utilisé sur un certain nombre de cartes. Le 82720 d'Intel en était un clone sous licence, et le premier processeur graphique d'Intel. La mémoire a baissé de prix dans le même temps. Au milieu de la décennie, Texas Instruments a introduit la mémoire vidéo, mémoire de tampon d'image qu'un afficheur pouvait lire sans disputer chaque octet au processeur. En 1984, Hitachi a sorti le HD63484, premier processeur graphique CMOS, capable de couleur en haute résolution et, en monochrome, de ce que l'on appellerait plus tard la 4K. En 1986, Texas Instruments a introduit le TMS34010, premier processeur graphique MOS entièrement programmable. Un contrôleur d'affichage qui sait exécuter un programme est un autre objet qu'un contrôleur d'affichage qui ne sait que remplir un rectangle qu'on lui décrit de l'extérieur.
Plus tard, un débat porte sur le mot GPU, le processeur graphique. NVIDIA, en 1999, l'a employé pour une puce qui faisait ensemble la transformation, l'éclairage et le rendu, et a appelé la GeForce 256 la première. Le μPD7220 est antérieur, et c'est un processeur graphique au sens simple. Les deux « premiers » portent sur des tâches différentes. L'affirmation de NVIDIA a sa place auprès de la carte 3D grand public.
Stations de travail, un lanceur de rayons japonais, un chevalier de vitrail
Dans cette décennie, les terminaux sont devenus intelligents. Une plus grande part du travail graphique est passée sur la station de travail, et a quitté le grand système. Un exemple net est celui des Orca 1000, 2000 et 3000, construits par Orcatech d'Ottawa, essaimage de Bell-Northern Research dirigé par David Pearson. L'Orca 3000 utilisait un Motorola 68000 et des processeurs bit-slice d'AMD, tournait sous Unix et visait le segment cher de l'ingénierie assistée par ordinateur. Pendant ce temps, des artistes décidaient qu'un ordinateur personnel pouvait servir d'outil de conception, en particulier l'Amiga et le Macintosh. Le Macintosh est resté dans les studios de graphisme bien après que la nouveauté s'était usée. Il était précis, et plus rapide que les méthodes précédentes, ce qui est le seul critère qui compte dans un studio tenu par une échéance.
À partir des années 1980, les machines ont couramment offert une interface graphique : des symboles et des images, plutôt qu'une ligne de commande, comme façon de présenter les données. Le graphisme était devenu l'un des cinq éléments clés du multimédia, et non un effet spécial boulonné sur le côté.
Pour le rendu réaliste, l'université d'Osaka a construit en 1982 le LINKS-1, une machine pouvant compter jusqu'à 257 processeurs Zilog Z8001. Dessiner une image 3D revient d'abord à calculer la luminosité de chaque pixel à partir du point de vue, des lumières et des objets. LINKS-1 le faisait en laissant chaque pixel être traité par lancer de rayon, indépendamment et en parallèle. Avec un logiciel écrit pour cet agencement, il pouvait rendre vite des images très réalistes. En 1984, c'était l'ordinateur le plus puissant du monde, rappel utile de ce que coûtait une image convaincante. En 1986, David Immel et James Kajiya ont formulé l'équation du rendu, un pas vers l'illumination globale, celle qu'il faut si le but est une image qui se comporte comme la lumière, plutôt que comme une peinture de la lumière.
Ces mêmes années, le travail pour le cinéma a été tiré par Star Wars et par d'autres productions de science-fiction. Lucasfilm et Industrial Light & Magic sont devenus la maison que les autres studios appelaient. L'incrustation, sous les diverses formes du « fond bleu », a progressé dans les films plus tardifs de la première trilogie. Deux pièces de 1985 ont survécu à la décennie comme repères. Le clip de Dire Straits pour « Money for Nothing » était assez proche d'un film entièrement généré par ordinateur pour familiariser un public musical avec l'image de synthèse. Une scène de Young Sherlock Holmes a mis à l'écran un chevalier de vitrail, premier personnage entièrement en image de synthèse dans un long métrage. En 1988, les premiers shaders, petits programmes dont le seul travail est l'ombrage, ont été écrits chez Pixar, à cette date une société distincte d'ILM. Le public n'a vu ce que ces programmes savaient faire qu'à la décennie suivante. À la fin des années 1980, des machines Silicon Graphics ont servi chez Pixar pour certains des premiers courts métrages entièrement générés par ordinateur. Pour cette décennie, une station SGI était, dans une pièce, l'aspect de « l'infographie sérieuse ».
On appelle ces mêmes années l'âge d'or du jeu vidéo, pour une raison qui doit peu aux articles de recherche. Atari, Nintendo, Sega, et les micro-ordinateurs, le PC sous MS-DOS, l'Apple II, le Mac, l'Amiga, ont montré des images d'ordinateur à un jeune public qui ne les avait pas demandées, puis a refusé de les rendre. Qui savait programmer pouvait, sur plusieurs de ces machines, écrire son propre jeu. Dans les salles d'arcade, le matériel 3D en temps réel est arrivé en 1988 avec le System 21 de Namco et l'Air System de Taito, premières cartes dédiées à cette tâche. Du côté professionnel, Evans et Sutherland et Silicon Graphics ont construit un matériel raster 3D qui mène, en ligne assez droite, au GPU monopuce venu ensuite : une puce puissante à côté du CPU, qui fait le travail graphique en parallèle.
La décennie a aussi poussé l'infographie vers des marchés faciles à oublier quand on ne regarde que les films. Le Digistar d'Evans et Sutherland projetait des étoiles pour les planétariums. La conception de véhicules, la simulation de véhicules et la chimie ont pris les mêmes méthodes et les ont tournées vers une décision plutôt que vers un public. Donald Greenberg, à Cornell, a passé ces années à enseigner et à écrire. Il a fondé le NSF Center for Computer Graphics and Scientific Visualization, et un nombre remarquable de ses étudiants, parmi lesquels Robert L. Cook et Marc Levoy, ont poursuivi le travail qui a suivi. Un domaine qui peut nommer ses enseignants avec cette netteté est encore jeune.