Quand l'image de synthèse devint courante
Le changement visible, dans les années 1990, est que la modélisation tridimensionnelle est devenue assez bon marché pour être courante, et que l'image de synthèse en général s'est améliorée d'une façon qu'un non-spécialiste pouvait voir. Un ordinateur familial pouvait prendre en charge des rendus qui avaient appartenu à des stations de travail coûtant des milliers de dollars. Une fois les modeleurs installés sur ces machines, la station Silicon Graphics a perdu la place automatique qu'elle occupait, et les PC sous Windows comme les Macintosh, avec des outils Autodesk tels que 3D Studio, ou d'autres logiciels de rendu faits pour un bureau, sont devenus le choix ordinaire. À la fin de la décennie, la puce graphique était en chemin vers la place qu'elle tient encore.
Pour la première fois, certaines images rendues pouvaient passer pour des photographies aux yeux d'un regard non exercé. Un artiste d'image de synthèse formé ne s'y trompait pas, et l'écart entre ces deux regards est l'intrigue des vingt années suivantes. L'image 3D est aussi devenue ordinaire dans les jeux, le multimédia et l'animation, plutôt qu'une séquence spéciale que l'on montrait du doigt.
La télévision, puis une histoire de jouets
À la fin des années 1980 et au début des années 1990, la France a produit la première série télévisée d'infographie. La Vie des bêtes, de Mac Guff Ligne, date de 1988. Les Fables géométriques, du studio Fantôme, ont été diffusées de 1989 à 1991. Quarxs, de Maurice Benayoun et François Schuiten chez Z-A, a été diffusé de 1990 à 1993 et a été la première série d'infographie faite pour la télévision haute définition. Une série pèse plus qu'un film isolé. Une série signifie que la chaîne peut être relancée la semaine suivante.
Au cinéma, la montée commerciale de Pixar appartient à cette décennie. Toy Story, en 1995, réalisé par John Lasseter, a été un succès critique et commercial à l'échelle de neuf chiffres. Les modèles ont été construits sur des stations Silicon Graphics et Sun. RenderMan a produit les images. C'était le premier long métrage en salles dont l'imagerie était entièrement générée par ordinateur. Le studio qui avait inventé le shader programmable a continué ensuite de faire des films d'animation, et son travail précalculé est resté un repère pour tous les autres. L'ancien but d'Edwin Catmull, un long métrage fait de cette façon, avait une date de sortie.
Des jeux qui étaient vraiment en 3D
En 1992, Virtua Racing, sur la carte d'arcade Model 1 de Sega, a préparé le terrain des jeux de course entièrement en 3D et a montré des images polygonales en temps réel à un large public de joueurs. La Model 2 en 1993 et la Model 3 en 1996 ont poussé ce matériel plus loin. Sur PC, id Software a sorti Wolfenstein 3D, Doom et Quake au long de la décennie, selon une approche du rendu développée surtout par John Carmack. Ils ont été énormément populaires, et ils ont appris à une génération de joueurs ce que l'on ressent devant une vue à la première personne calculée en temps réel. La distinction mérite d'être gardée. Le monde de Doom n'est pas la même sorte de 3D qu'un jeu plus tardif à caméra libre. Les joueurs l'ont éprouvé comme de la profondeur. La restriction était un choix technique, devenu aussi un style.
La PlayStation de Sony, la Saturn de Sega et la Nintendo 64 se sont vendues par millions et ont mis la 3D dans le salon. Une poignée de jeux de la fin des années 1990 a assuré une part démesurée de cet apprentissage : Super Mario 64, The Legend of Zelda: Ocarina of Time, et des jeux de combat tels que Virtua Fighter, Battle Arena Toshinden et Tekken. Après eux, une console incapable de 3D avait l'air inachevée, que la 3D fût ou non ce dont tel jeu avait besoin.
Une puce qui s'est appelée GPU
Les algorithmes ont continué d'avancer. En 1996, Venkat Krishnamurthy et Marc Levoy ont décrit le placage de normales, un progrès sur le placage de relief de Jim Blinn. Une carte de normales stocke une direction plutôt qu'une hauteur, et l'éclairage se comporte alors comme si la surface était plus détaillée que le maillage. En 1999, Nvidia a sorti la GeForce 256, première carte vidéo familiale commercialisée comme processeur graphique. Selon les propres termes de la société, elle contenait « des moteurs intégrés de transformation, d'éclairage, de préparation et de découpage des triangles, et de rendu ». Une seule puce faisait la géométrie et les pixels. Nvidia l'a appelée le premier GPU du monde.
Cette affirmation demande la puce antérieure à côté d'elle. Le μPD7220 de NEC, du début des années 1980, était déjà un processeur graphique intégré, à lui seul, le premier de son espèce. La GeForce 256 est une première pour une autre tâche : la transformation et l'éclairage sur la carte, dans un produit vendu pour un PC familial. À la fin des années 1990, les machines s'étaient aussi fixées sur des interfaces de programmation communes, DirectX et OpenGL. AMD, par ATI, est devenu l'autre grand fabricant de cartes graphiques. Le duopole date de cette décennie.
Les années 2000, et un creux dans la courbe
À la fin des années 1990, les jeux et le cinéma d'image de synthèse avaient fait entrer l'infographie dans le grand public. Les années 2000 ont accéléré le mouvement. L'image de synthèse a été adoptée en masse pour la publicité télévisée, si bien que des gens qui n'avaient jamais joué et n'avaient jamais cherché un film d'animation voyaient quand même les images chaque soir. La puce graphique n'a cessé de gagner en capacité, et un GPU apte à la 3D est devenu une pièce qu'un fabricant d'ordinateurs de bureau était censé fournir. La gamme GeForce de Nvidia a dominé le début de la décennie, ATI étant le concurrent sérieux. Plus tard, même les machines bon marché avaient d'ordinaire une puce 3D d'une sorte ou d'une autre, Nvidia et AMD vendant l'un et l'autre des composants à bas prix et gardant le marché entre eux.
Les shaders, introduits dans les années 1980 comme programmes spécialisés du matériel graphique, étaient pris en charge par la plupart des cartes grand public à la fin des années 2000. Les images y ont gagné en vitesse, et une texture détaillée comme un ombrage détaillé sont devenus ordinaires plutôt qu'exceptionnels. Le placage de normales, le placage de relief et une famille d'astuces parentes permettent à un maillage assez grossier de se lire comme une surface détaillée. Les images des films et des jeux se sont assez approchées du photographique pour entrer dans la vallée de l'étrange : le creux de confort que l'on dit voir apparaître quand un visage humain est presque juste, et encore faux.
Final Fantasy: The Spirits Within, en 2001, a été le premier long métrage entièrement généré par ordinateur à utiliser des personnages photoréalistes et à être réalisé entièrement par capture de mouvement. Ce ne fut pas un succès en salles. Certains commentateurs ont mis en cause les visages, qui se tenaient dans cette vallée. The Polar Express a attiré une attention du même ordre. D'autres films en image de synthèse ont simplement refusé le pari. Ice Age, Madagascar et des films Pixar tels que Finding Nemo ont dominé le box-office de l'animation, comme des dessins animés tridimensionnels dans leurs modèles, et qui ne cherchaient visiblement pas à passer pour une photographie. Star Wars est revenu en trilogie de préquelles et n'a cessé de recaler ce qu'un film en prise de vues réelles était censé dépenser en images numériques.
Côté consoles, la PlayStation 2 et la PlayStation 3, la gamme Xbox et la GameCube de Nintendo ont tenu de larges publics, et le PC sous Windows aussi. Des séries comme Grand Theft Auto, Assassin's Creed, Final Fantasy, BioShock, Kingdom Hearts et Mirror's Edge ont poussé vers le détail photographique et ont fait croître le secteur du jeu jusqu'au point où l'on citait ses recettes dans le même souffle que celles du cinéma. Microsoft a tenté, avec XNA, de rendre DirectX plus facile pour les développeurs indépendants. Le programme n'a pas été un succès. DirectX, si. OpenGL a mûri à ses côtés, et les langages de shaders de deuxième génération, HLSL et GLSL, sont devenus la façon normale d'écrire la partie intéressante d'un moteur de rendu.
En calcul scientifique est apparu le GPGPU : faire circuler de grandes quantités de données dans les deux sens entre une puce graphique et un CPU, pour employer la puce graphique comme moteur de calcul. Le procédé a accéléré des travaux de bioinformatique et de biologie moléculaire. La même idée a été tournée vers le minage de Bitcoin, et elle sert en vision par ordinateur. Une puce conçue pour colorer des triangles était devenue une machine arithmétique générale, qui se trouvait douée pour les triangles.
Les années 2010 et après
Dans les années 2010, l'image de synthèse était proche d'être partout dans la vidéo. Les images précalculées pouvaient être photoréalistes au sens scientifique, et les images en temps réel, sur un système haut de gamme, pouvaient passer pour telles aux yeux d'un non-initié, pendant un moment. Le placage de texture était devenu une pile d'étapes. Il est normal de réunir, dans un seul moteur conduit par des shaders, une texture de couleur, une carte de relief ou de normales, des cartes d'éclairage, la réflexion et des volumes d'ombre. Les shaders sont proches d'être obligatoires pour le travail avancé. Ils permettent à un programme de toucher les pixels, les sommets et les textures un élément à la fois, ce qui laisse une marge d'action énorme. HLSL et GLSL sont restés des sujets de recherche vivants. Le rendu physiquement fondé aussi : il emploie de nombreuses cartes et un calcul d'éclairage plus lourd, pour que les matériaux se comportent davantage comme des surfaces optiques que comme de la peinture. L'occlusion ambiante, la diffusion sous-surfacique, la diffusion de Rayleigh, les cartes de photons et le lancer de rayon occupaient la même marge encombrée. Des essais de 4K en temps réel ont commencé. Ils restaient hors de portée de tout matériel qui n'était pas le plus haut.
En salle, la plupart des longs métrages d'animation étaient en image de synthèse, et peu cherchaient le photoréalisme. La crainte de la vallée de l'étrange n'avait pas disparu. L'essentiel de ce qui se faisait était un dessin animé tridimensionnel. Dans le salon, la Xbox One, la PlayStation 4 et la Nintendo Switch étaient les consoles familiales, toutes capables d'une 3D avancée, et Windows restait l'une des principales plateformes de jeu.
Dans les années 2020, le lancer de rayon est devenu utilisable pendant qu'une image est à l'écran, et non plus seulement comme un rendu lancé pour la nuit. Des méthodes d'IA sont arrivées, pour engendrer des images ou pour en augmenter la résolution. Nvidia a poussé les deux directions, avec des cœurs de lancer de rayon, ainsi qu'avec le DLSS et des cœurs Tensor. AMD a suivi, avec FSR et avec son propre matériel de lancer de rayon. L'argument ouvert par les rayons d'Appel en 1968, suivre la lumière ou la feindre assez vite, est maintenant une option dans le menu d'une carte graphique. Une méthode qui a un jour exigé l'ordinateur le plus puissant de la Terre est devenue un réglage.