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2024-01-20T18:44:59Z

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Ein '''3D-Beschleuniger''' ist eine Erweiterung der [[Grafikkarte]] eines [[Personal Computer]]s, die auf die Berechnung und Darstellung dreidimensionaler Objekte spezialisiert ist. Diese Erweiterung kann dreiecksbasierte Algorithmen (wie [[Z-Buffer]]n, [[Texture Mapping]]) und [[Antialiasing (Computergrafik)|Antialiasing]] durch [[Hardwarebeschleunigung]] weitaus schneller berechnen. Jeder heute verkaufte PC besitzt einen zumindest rudimentären 3D-Beschleuniger, der in der Grafikkarte integriert ist. Ein Austausch gegen eine schnellere Grafikkarte ist recht einfach möglich, die 3D-Leistung wird sich hierbei oftmals vervielfachen. 3D-Beschleuniger finden auch in [[Spielkonsole]]n wie der [[Xbox 360]], [[Wii]] und [[PlayStation 3]] Verwendung. Zunehmend werden auch Handys mit entsprechenden Beschleunigern ausgestattet, um eine ansprechendere Bedienung zu bieten und spielfähig zu sein.<ref>[https://www.areamobile.de/Qualcomm-Firma-255558/News/Qualcomm-praesentiert-neuen-3D-Chip-fuer-Handys-1289301/ Qualcomm präsentiert neuen 3D-Chip für Handys]</ref>

== Geschichte ==
[[Datei:Diamond Fire GL1 AGP back IMGP8665.jpg|mini|Diamond FireGL 1]]
Mitte der 1990er Jahre erschienen die ersten 3D-Beschleuniger für den Privatmarkt. Ursprünglich waren es Steckkarten, die zusätzlich installiert wurden (z. B. [[3dfx Voodoo Graphics]]). Das Signal der alten Grafikkarte wurde durch diese Erweiterungskarte durchgeschleift und wurde nur bei der Darstellung von 3D-Inhalten unterbrochen. Für die Darstellung von 2D-Inhalten (DOS-Konsole, Windowsoberfläche) war weiterhin die alte Grafikkarte zuständig.<ref>{{Internetquelle |autor=Georg Wieselsberger, Christoph Liedtke |url=https://www.gamestar.de/artikel/das-voodoo-zeitalter-wie-3dfx-die-welt-der-pc-grafik-veraenderte,1951475.html |titel=Das Voodoo-Zeitalter - Wie 3dfx die Welt der PC-Grafik veränderte |werk=GameStar Tech |datum=2019-09-07 |sprache=de |abruf=2023-09-05}}</ref>

Für den professionellen Markt wurden jedoch schon seit den 1980er Jahren spezielle 3D-Karten hergestellt (z. B. [[Professional Graphics Controller|IBM PGC]], [[Texas Instruments Graphics Architecture|TIGA]]<ref>[[C’t]]-Magazin: ''Der TIGA ist geweckt, Das Grafikinterface TIGA und seine Konkurrenten'', Ausgabe 11/1990, Seite 220.</ref> oder [[Diamond Multimedia|Diamond]] [[FireGL]]). Diese Karten fanden vor allem in Maschinenbau, Bauwesen ([[CAAD]]) und Schaltungsentwurf der Elektrotechnik in Form von [[CAD]]/[[Computer-aided manufacturing|CAM]]-Programmen Anwendung. Die zunächst proprietären Softwareschnittstellen wurden mit der [[OpenGL]]-Initiative vereinheitlicht. In ihrem Anwendungsgebiet waren diese speziellen Karten den 3D-Beschleunigern aus dem Consumermarkt an Geschwindigkeit weit überlegen, gleichzeitig waren sie für Computerspiele ungeeignet.<ref>[https://www.heise.de/ct/artikel/Aufbruch-in-neue-Welten-286936.html Vergleich Diamond FireGL mit Riva TNT-2] im C't-Magazin 07/1999</ref>

Zum Ende der 1990er Jahre wurden die 2D- und 3D-Funktionen auf einer Grafikkarte zusammengeführt (z. B. [[3dfx Voodoo Banshee]]). In der weiteren Entwicklung wurde zum einen die reine Zeichenleistung von Dreiecken durch massive Parallelisierung weiter erhöht ([[Füllrate]] in Mega[[Texture Mapping|texel]]/s). Parallel dazu wurden die Beschleuniger um weitere Fähigkeiten erweitert. Dazu gehörte die Integration der [[Transform and Lighting|T&L]]-Einheit in die Grafikkarte, (programmierbare) [[Pixel-Shader]] und [[Physik-Engine]]s. Wegen ihrer Spezialisierung auf Grafikberechnungen sind heutige [[Grafikprozessor|GPUs]] den [[CPU]]s in ihrer Rechenleistung überlegen. Als Vergleich diene die Transistoranzahl des Grafikprozessors von [[AMD]] (Radeon HD 7970, Juni 2012, ca. 4,3 Milliarden) mit [[Intel]] ([[Intel-Sandy-Bridge-Mikroarchitektur#Ivy Bridge|Ivy Bridge-HE-4]], ca. 1,4 Milliarden, davon ca. 405 Millionen für den internen Grafikteil). Die Entwicklung der Integrationsdichte der Grafikprozessoren hat mit einem jährlichen Faktor von 2,4 sogar das [[Mooresches Gesetz|Mooresche Gesetz]] übertroffen.

Die Anbindung der 3D-Beschleuniger an das Gesamtsystem stellte besondere Anforderungen an dessen Konstruktion, da sehr große Datenmengen zu übertragen sind. Die Bandbreite des [[Industry Standard Architecture|ISA]]-Busses reichte bei weitem nicht aus. Diese Notwendigkeit führte zu Erweiterungen wie dem [[Extended ISA|EISA]]-Bus oder [[VESA Local Bus]]. Der Nachfolgestandard [[Peripheral Component Interconnect|PCI]] genügte den gestiegenen Anforderungen bald nicht mehr. Ein neuer Standard für Grafikkarten wurde mit dem [[Accelerated Graphics Port|AGP]]-Steckplatz eingeführt. Erst mit [[PCI Express]] ist wieder ein allgemeiner Steckplatz für 3D-Beschleuniger üblich.

Eine weitere Funktion, um die Grafikkarten erweitert werden, ist die Dekodierung von Videodaten (z. B. [[H.264]]). Die große Rechenkapazität des [[Grafikprozessor|3D-Prozessors]] kann auch dafür genutzt werden.

== Beschleunigte Berechnungen ==
{{Siehe auch|Grafikpipeline}}

* [[Texture Mapping]]
** [[Bilineare Filterung]]
** [[Anisotropes Filtern]]
** [[MIP Mapping]]
* [[Sichtbarkeitsproblem|Verdeckungsberechnung]] (mit [[Z-Buffer]], [[Clipping (Computergrafik)|Clipping]])
* [[Vertex-Shader]] (ersetzt [[Transform and Lighting]])
* [[Geometry-Shader]]
* [[Tessellation-Shader]]
* [[Pixel-Shader]]
* GPGPU, z. B. um als [[Physikbeschleuniger]] für Kollisionen zu dienen

== Einzelnachweise ==
<references />

{{SORTIERUNG:#:3dbeschleuniger}}
[[Kategorie:Computergrafik]]
[[Kategorie:Rechnerarchitektur]]

3D-Beschleuniger - Versionsgeschichte

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