文／NoblerSubtlety793
上一篇我們看到，PC和遊戲主機的競爭催生了顯示卡巨頭。然而，要讓這些強大的硬體發揮出真正的潛力，還需要一套統一且高效的軟體介面。
OpenGL、DirectX和Metal等API應運而生，成為了連接硬體和軟體的橋樑。
接下來，我們將深入探討這些API的發展歷程，並解析它們如何深刻地影響了遊戲、設計、視覺特效等眾多領域。
從這些API的演變中，我們將更清晰地看到技術創新、市場需求和行業政策是如何相互作用，共同塑造了現代電腦圖形學的發展軌跡。接下來我們來簡單看一下當時PC兩大陣營的視覺化介面規範跟遊戲主機廠商的競爭，是如何帶動了後續NVIDIA和ATI兩大顯示卡巨頭的發展 。
💢蘋果電腦的影響💢
📌視覺化介面的先驅： 蘋果電腦在個人電腦領域率先推出了視覺化介面，這對顯示卡的性能提出了更高的要求。
Macintosh系列電腦的圖形用戶界面（GUI）需要顯示卡提供更精細的圖形處理能力，以呈現出更豐富的視覺效果。
📌整合性： 蘋果電腦一直強調硬體和軟體的緊密整合，這使得蘋果的顯示卡和音效卡能夠更好地協同工作，提供更優化的性能和體驗。
📌獨家技術： 蘋果在顯示技術上不斷創新，推出了Retina顯示屏等高品質顯示技術，這也促使顯示卡廠商不斷提升產品的性能，以滿足蘋果的高標準。
💢微軟個人電腦作業系統的影響💢
📌遊戲產業的推動： 微軟的Windows作業系統是PC遊戲的主要平台，這推動了顯示卡和音效卡性能的提升。為了運行最新的遊戲，玩家需要配備高性能的顯示卡和音效卡。
📌多媒體應用： Windows作業系統支持各種多媒體應用，如視頻播放、圖像編輯等，這些應用也對顯示卡和音效卡提出了更高的要求。
驅動程式生態： 微軟的DirectX API為遊戲開發者提供了一個統一的開發平台，促使顯示卡廠商為Windows平台開發驅動程式，進一步豐富了Windows的顯示和音效生態。
📌DirectX出現之前，微軟已經將OpenGL包括在Windows NT系統中，而在當時，OpenGL對硬體要求嚴苛，這限制了一些工程師和CAD使用者。Direct3D就作為OpenGL的代替品被加入DirectX。隨著硬體技術的發展，OpenGL成為行業標準，一場「戰役」發生在DirectX的支持者和OpenGL的支持者之間，而且前者只支援Windows平台，而後者支援多平台。
在實際套用中，遊戲開發者常常兩者同時使用，因為DirectX支援許多OpenGL所不支援的功能，比如音效和輸入裝置。而選擇混合使用OpenGL和OpenAL的隊伍也在壯大。
📌由此衍生出的「特別DirectX」也作為微軟Xbox和Xbox 360的圖形API，這套API由微軟和NVIDIA公司共同開發，Xbox API和DirectX 8.1比較相似，但跟其他主機科技一樣不能更新，Xbox版本也叫做DirectXbox，但由於商業銷售緣故，還是被簡稱為Xbox。
📌2002年，微軟發布了DirectX 9，它支援最新的頂點陰影著色器2.0版本，又於2004年4月將shader model 3.0（SM 3.0）加入了DirectX 9.0c。
📌2005年4月，DirectShow從DirectX移除，加入到Microsoft Platform SDK。
2010年6月7日發佈的DirectX SDK是最後獨立發佈的SDK版本，之後的DirectX SDK被整合進新版的Microsoft Windows SDK裡。
例如DirectX 11.2 SDK被放在Windows Software Development Kit (SDK) for Windows 8.1裡。
當時微軟的DirectX成為了遊戲和多媒體應用的標準，顯卡廠商不得不跟隨微軟的腳步，以確保他們的硬件能夠兼容並支持最新的遊戲和應用。這也是推動顯卡技術快速發展的一個重要因素。
總結來說， DirectX的誕生是微軟為了促進Windows平台上遊戲發展的一項重要舉措。通過提供一個統一的API和驅動程式模型，DirectX降低了遊戲開發的門檻，促使PC遊戲產業快速發展。隨著硬體技術的不斷進步，DirectX也在不斷演進，為遊戲開發者提供了更強大的工具。
📌顯卡廠商如NVIDIA和ATI（後來被AMD收購）都積極支持DirectX，並且不斷推出新技術來提升顯卡的性能和功能。這種競爭和合作的關係，促使了整個顯卡產業的進步。
蘋果電腦和微軟的個人電腦作業系統，確實都對顯示卡和音效卡的地位產生了深遠的影響。
那時的所有顯卡跟電玩廠商都要跟隨微軟的腳步，我還記得幾家電玩廠商選邊站的思考方向跟押寶繪圖技術研究方向各有不同，也直接導致後。來電玩廠商發展的興衰，有人選對邊，有人押錯寶，這也是沒辦法的事。
💢RIVA-128 與 3DFX Voodoo💢
在 1997 年，NVIDIA 推出了 RIVA-128 顯示晶片，這是他們的第三代顯示晶片，核心代號 NV3。RIVA-128 支援 Direct3D，並且是第一款擁有硬體三角生成引擎的顯示卡，每秒能生成 500 萬個三角形。這款顯示卡在當時的市場上取得了巨大的成功。
與此同時，3DFX 的 Voodoo 顯示卡也在市場上大放異彩。Voodoo 顯示卡專注於 3D 渲染，並且依賴於 PC 的現有顯示卡來處理 2D 圖形。3DFX 的 Glide API 也成為了當時 3D 遊戲的標準之一。
💢Win95 帶來的 2D 轉 3D 需求💢
Windows 95 的推出帶來了對 3D 圖形的需求，這使得許多專注於 2D 圖形的廠商，如 S3 和 Tseng，無法跟上市場的變化，最終被淘汰。
💢Intel 與 ATi 的錯失良機💢
Intel 曾有機會收購 ATi，但最終這筆交易沒有成行，ATi 最終被 AMD 收購。這使得 AMD 在顯示卡市場上取得了重要地位，而 Intel 的獨立顯示晶片則一直未能取得顯著的市場份額。
Quadratic Texture Maps 與 NV1
NVIDIA 的 NV1 顯示卡在 1995 年推出，售價為 399 美元。NV1 採用了 quadratic texture maps 技術，這是一種使用四邊形而非三角形進行渲染的技術。然而，這種技術在實際應用中遇到了許多困難，最終被市場淘汰。
三角形與方形的爭論
在 3D 遊戲的早期，存在著使用三角形還是方形進行渲染的爭論。最終，三角形因其數學上的簡單性和穩定性勝出，成為了 3D 渲染的標準。
英偉達的成功可以說是押對了寶，也順應了潮流。以下是一些關鍵點：
技術創新：英偉達在早期就投入了大量資源進行技術創新，特別是在GPU技術方面。他們推出了多款具有革命性技術的顯示卡，如RIVA-128和GeForce系列，這些產品在市場上取得了巨大成功。
與微軟的合作：英偉達與微軟的合作，特別是在第一代Xbox遊戲主機上的合作，讓他們在遊戲領域獲得了更多的經驗和技術積累，這對他們後來的成功起到了關鍵作用。
順應潮流
支持DirectX：英偉達積極支持微軟的DirectX技術，這使得他們的顯卡在Windows平台上具有優越的性能和兼容性，進一步鞏固了他們在市場上的地位。
AI領域的突破：英偉達在AI晶片市場上取得了領先地位，特別是在生成式AI應用中發揮了關鍵作用。與OpenAI的合作進一步鞏固了他們在AI領域的領導地位。
💢微軟DirectX和OpenGL的區別💢
OpenGL 和 Microsoft DirectX 是兩個主要的圖形API，它們在功能和應用領域上有一些顯著的區別。
OpenGL
起源：OpenGL（Open Graphics Library）由SGI公司在1992年開發，最初是為其圖形工作站設計的。它是一個開放的、跨平台的3D圖形API，適用於Windows、Unix、Linux、MacOS等多種操作系統。
特點： 跨平台：OpenGL可以在多種操作系統上運行，這使得它在專業高端繪圖領域和跨平台應用中非常受歡迎。
開放性：OpenGL是一個開放標準，任何人都可以使用和擴展它。
專業應用：OpenGL在專業圖形應用中佔據主導地位，如CAD、3D建模和科學可視化。
Microsoft DirectX
起源：DirectX由微軟在1995年推出，旨在為Windows平台上的遊戲和多媒體應用提供高效的圖形和音效處理。
特點：
Windows專用：DirectX專為Windows平台設計，這使得它在PC遊戲市場上佔據主導地位。
整合性：DirectX包含多個組件，如Direct3D、DirectDraw、DirectSound等，提供了一整套的多媒體介面。
遊戲開發：DirectX為遊戲開發者提供了一個統一的開發平台，降低了開發成本和複雜性。
主要區別
跨平台 vs. 專用平台：OpenGL是跨平台的，而DirectX專為Windows設計。
開放性 vs. 專有性：OpenGL是一個開放標準，任何人都可以使用和擴展它；DirectX則是微軟的專有技術。
應用領域：OpenGL在專業圖形應用中佔據主導地位，而DirectX在PC遊戲市場上佔據主導地位12。
這兩個API在各自的領域都有著重要的地位和影響力。
遊戲主機與軟硬體配合
PlayStation：索尼的PlayStation系列遊戲主機對於硬體和軟體的要求非常高，特別是在圖形處理方面。索尼與NVIDIA和ATI（後來被AMD收購）合作，確保其遊戲主機能夠提供卓越的圖形性能。
Sega：世嘉的遊戲主機，如Dreamcast，使用了NEC的PowerVR GPU，這款GPU在3D圖形處理方面有著出色的表現。
任天堂：任天堂的遊戲主機，如Nintendo 64和GameCube，分別與Silicon Graphics和ATI合作，確保其遊戲主機能夠提供強大的圖形性能。
顯卡廠商的發展
NVIDIA與ATI：這兩家公司積極支持微軟的DirectX技術，並且不斷推出新技術來提升顯卡的性能和功能。這種競爭和合作的關係，促使了整個顯卡產業的進步。
OpenGL與DirectX：OpenGL是一個開放的、跨平台的3D圖形API，適用於多種操作系統。DirectX則是微軟為Windows平台設計的多媒體API，特別適合遊戲開發。
蘋果與微軟的影響
蘋果：蘋果的Macintosh電腦使用OpenGL作為其主要的圖形API，這使得其在專業圖形應用中非常受歡迎。
微軟：微軟的Windows操作系統使用DirectX作為其主要的多媒體API，這使得其在PC遊戲市場上佔據主導地位。
這些技術和標準的制定確實對顯卡廠商的發展有著深遠的影響。
黃仁勳創立NVIDIA後研發製的首發顯示卡NV1與 NV2
NV1
NV1 採用了 quadratic texture maps 技術，這是一種使用四邊形而非三角形進行渲染的技術。
然而，這種技術在實際應用中遇到了許多困難，最終被市場淘汰。
NV2
NV2採用了被稱為 Triangle Setup Engine三角形渲染技術 。這種技術使用三角形作為基本圖元進行渲染，這使得計算更為簡單且高效，並且更容易被遊戲開發者接受。
💢三角形Triangle Setup Engine 與方形quadratic texture maps的瑜亮之爭💢
在 3D 遊戲的早期，存在著使用三角形還是方形進行渲染的爭論。
三角形渲染技術（Triangle Setup Engine）與方形紋理映射技術（quadratic texture maps）的爭論主要集中在技術實現的複雜性和實際應用的效果上。
Quadratic Texture Maps 方形紋理映射技術
技術背景：NVIDIA的NV1顯卡採用了quadratic texture maps技術，這種技術使用四邊形進行紋理映射。
問題：四邊形在計算上更為複雜，特別是在處理非共面的情況下，容易導致渲染錯誤和性能問題1。此外，四邊形的紋理映射需要進行透視變換，這進一步增加了計算的複雜性。
結果：由於這些技術上的挑戰，quadratic texture maps技術未能在市場上取得成功，最終被三角形渲染技術取代。
Triangle Setup Engine三角形渲染技術
技術背景：NVIDIA的NV2顯卡轉向了三角形渲染技術，這種技術使用三角形作為基本圖元進行渲染。
優勢：三角形在數學上更為簡單且穩定，因為三個點總是共面的，這使得計算更為高效。此外，三角形渲染技術更容易被遊戲開發者接受，因為它在實際應用中更為直觀和高效。
結果：三角形渲染技術成為了3D圖形渲染的標準，並且被廣泛應用於各種圖形處理和遊戲開發中。
這場爭論最終以三角形渲染技術的勝出告終，這也標誌著3D圖形技術的一個重要轉折點
最終，三角形因其數學上的簡單性和穩定性勝出，成為了 3D 渲染的標準。
💢DirectX 開發歷史💢
DirectX 是由微軟開發的一組應用程式介面（API），用於處理多媒體任務，特別是遊戲編程和視頻。第一個版本的 DirectX 於 1995 年發布，當時稱為 Windows Game SDK.
重要成員
1. Alex St. John - 他是 DirectX 的共同創始人之一，對早期版本的開發有重大貢獻。
2. Craig Eisler - 他是 DirectX 團隊的早期成員之一，並在 DirectX 2 和 DirectX 3 的開發中扮演了重要角色。
3. Eric Engstrom - 他也是 DirectX 的共同創始人之一，並在推動 DirectX 成為遊戲開發標準方面發揮了關鍵作用。
💢OpenGL 開發歷史💢
OpenGL（Open Graphics Library）由Silicon Graphics, Inc. (SGI)於1991年開始開發，並於1992年6月30日發布. OpenGL 是一個跨平台的3D圖形API，適用於多種操作系統，如Windows、Unix、Linux和MacOS.
重要成員
1. Mark Sega - 他是OpenGL 1.0規範的作者之一，對OpenGL的開發和標準化做出了重大貢獻。
2. Kurt Akeley - 他也是OpenGL 1.0規範的作者之一，並在推動OpenGL成為行業標準方面發揮了關鍵作用。
💢Metal 開發歷史💢
Metal 是由Apple於2014年推出的一個低級別、低開銷的硬體加速3D圖形和計算著色器API. Metal 結合了類似於OpenGL和OpenCL的功能，旨在通過提供對GPU硬體的低級別訪問來提高性能.
重要成員
1. Steve Jobs - 雖然他在Metal發布前已經去世，但他的願景和對Apple產品的影響力對Metal的開發有著深遠的影響。
2. Craig Federighi - 作為Apple的軟體工程高級副總裁，他在Metal的發布和推廣中扮演了重要角色。
這些API的開發歷史和重要成員展示了技術創新和市場需求如何共同推動了現代電腦圖形學和多媒體技術的發展。
在2014年推出Metal之前，蘋果主要使用OpenGL作為其圖形API。OpenGL是一個跨平台的3D圖形API，適用於多種操作系統，包括macOS。此外，蘋果還使用OpenCL來處理計算密集型任務。
這些API在蘋果的Macintosh電腦和其他設備上廣泛應用，為開發者提供了強大的工具來創建高性能的圖形和計算應用。隨著Metal的推出，蘋果進一步提升了其設備的圖形和計算性能，為開發者提供了更高效的硬體訪問和更低的開銷
這段歷史充滿了技術創新和市場競爭，對於顯示卡技術的發展有著深遠的影響。
最後我選了兩段影片展示了從早期的簡單像素圖形到現代的高解析度3D渲染，顯示了顯卡技術的巨大進步。
BASKETBALL VIDEO GAMES EVOLUTION [1974 - 2023] RACING video games evolution [1974 - 2024] 這兩個影片展示了籃球和賽車電子遊戲的演變歷程，從1974年到2024年，涵蓋了不同平台和技術的變遷。這些遊戲的發展與顯卡技術的進步密不可分，這些遊戲的畫質和流暢度隨著顯卡技術的提升而不斷改進。從早期的2D圖形到現在的逼真3D效果，顯卡的性能和功能不斷提升，為遊戲開發者提供了更多的創作空間。
總的來說，NVIDIA的成功是技術創新和市場趨勢相結合的結果。他們明白了只有配合軟體廠商的要求，才能做好硬件這個道理。他們不僅適時修正了技術方向，還順應了市場的潮流，這使得他們能夠在競爭激烈的市場中脫穎而出。
這段歷史充滿了技術創新和市場競爭，對於顯示卡技術的發展有著深遠的影響。NVIDIA的成功故事告訴我們，技術與市場的雙重驅動是企業在高科技領域取得成功的關鍵。
從像素到旋律，顯示卡技術的演進不僅推動了遊戲產業的繁榮，更深刻地改變了我們與數字世界的交互方式。
未來，隨著AI、虛擬現實等新興技術的快速發展，顯示卡技術將繼續扮演著不可或缺的角色。
而黃仁勳和英偉達，正是這場盛宴的幕後推手。
讓我們拭目以待，看它如何塑造我們下一個數字時代。
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