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圖形加速卡這個名稱似乎是對顯示卡更學朮化的稱謂。在過去，主要是指2D圖形加速卡，它們的圖形處理芯片可以把重繪窗口對象、繪制曲線、多邊形等平面圖形任務承擔下來，而這些工作曾經是CPU的義務。也就是說圖形芯片扮演了一個圖形協處理器的角色，就像CPU內的浮點協處理器作用一樣，它使得整機的圖形處理速度大大提高。
在極品飛車2、長弓阿帕奇2、DOOM 2等經典游戲中，雖然游戲采用了3D物理模型，但是3D圖像的產生（物理建模、光照計算、坐標變換、著色渲染等）仍然完全由CPU承擔，顯示卡的作用僅是把CPU最后轉換成的2D圖像顯示出來。而在這些游戲的新版本中，情況就不一樣了。因為有了3D圖形加速卡，就是說它們的圖形處理芯片可以把部分3D處理任務（如三角形設置、光照計算、紋理渲染等）從CPU那里承擔下來，而且比CPU完成得更出色。
退回三五年前，3D圖形加速卡還是天之驕子，只有軍方專用飛行模擬系統、大型工程、機械或建筑設計機構才使用，用3D卡來玩游戲簡直就是天大的浪費。然而到了1996年，廠商們意識到這種“浪費”可能會為它們帶來滾滾的財源，而此時硬件技朮的發展也在很大程度上降低了的成本。這樣，主流的圖形卡終于具備了3D加速能力。在這篇文章里，我們討論的是面向家庭和商業應用的所謂主流3D圖形卡，而那些價值數萬元的高檔3D卡不是普通DIYer們能承受的，所以不做介紹。
目前，各種新型顯卡的2D顯示速度已經相當快，像Voodoo Banshee、TNT等芯片的2D速度已經接近了理論上的極限，比速度慢的9880、Savage3D也就快50%左右。然而3D性能正經歷著突飛猛進的發展，不同芯片的性能相差數倍。我們從nVIDIA公司的3D圖形芯片發展狀況（圖1）上看可見一斑。時下的圖形芯片都采用了哪些新技朮，它們的性能如何呢？這里筆者簡要介紹一下3D圖形處理新技朮：
1、制造工藝
采用0.35微米工藝制造的圖形芯片的工作頻率通常在100MHz以下，而采用0.25微米工藝制造的TNT2、Voodoo3等芯片的時鐘頻率則可能高達200MHz。集成電路的線寬越小，消耗的功率就越小，發熱量就越低，因此可以采用更高的時鐘頻率，而且成本還會降低。不過，芯片的電路設計也會決定其工作頻率，比如Rage
128和G200也是用0.25微米工藝制造，可它們的時鐘頻率僅能達到110MHz左右。
2、3D渲染流水線
CPU為了提高運行效率，采用了多條流水線（Pipeline），可以同時運行多條指令。自Voodoo2以來，許多新型3D圖形芯片也類似地采用兩條獨立的渲染流水線，這樣可以在一個時鐘周期內處理兩個紋理。下一代3D圖形芯片很可能會集成四條渲染流水線。
3、Texel與Pixel
Texel源自“Texture element”，是指紋理貼圖上特定的一個像素，它被選定用來渲染物體表面的一個像素（Pixel）。采用多重紋理技朮時，物體表面的一個像素可以被賦予多個Texel。要注意某些芯片的填充率用MTexel/s表示，而另一些則用MPixel/s表示。
4、雙線性過濾
3D場景中的物體從近處向遠處移動時，表面的紋理會產生色塊或斑點等噪音。雙線性過濾通過把紋理元素與其周圍的顏色取平均來降低這種失真。
5、MipMap
當場景深度很大時，雙線性過濾仍然無法消除遠處物體的紋理失真，這時采用一組事先過濾好（pre-filtered）的、不同細節程度的紋理（如圖2），當物體距離近時采用大的、細節多的紋理，物體距離遠時采用小的、細節少的紋理。
6、三線性過濾
2、采用了雙線性過濾，方格的邊緣整齊，MipMap的采用使得遠處的方格排列整齊，且漸漸朦朧。為了便于觀察出使用的是哪個細節層次的紋理，有意給不同細節層次的網格紋理加上不同的顏色（黑白印刷灰度不同）加以區分，可以看見MipMap引起的細節突變，雙黃線也有明顯的突變效果。
3、三線性過濾，不同顏色之間過度非常均勻。
由于采用MipMap技朮時，物體在近處時采用細節多的紋理，遠離時采用細節少的紋理，那么在移動到某個距離時由于要換用不同細節的紋理就會發生細節的突變。為了解決這種細節的不連續，同時采用兩種不同細節程度的紋理進行渲染，然后根據物體距離的遠近把兩個渲染結果加權平均。這就是三線性過濾，它相當于提供了無限個細節程度連續變化的紋理。從圖3可以看出各種過濾技朮的效果。
7、各向異性過濾
三線性過濾可以完美地刻畫出物體沿我們視線方向距離變化時紋理細節的變化情況。但是當物體消逝的方向（透視方向）和我們的視角有一定夾角時，三線性過濾仍然存在失真，各向異性過濾時沿物體透視方向的過濾，可以表現出更完美的效果，但引起的速度下降也是明顯的。
8、凸凹貼圖
顧名思義，凸凹貼圖技朮是用來模擬凸凹不平的物體表面的。不過它不需要用增加三角形個數來刻畫表面的細節，而是利用紋理的混合技朮，通過模擬出對應與不同高度的陰影、高光和顏色變化來產生崎嶇不平的感覺。不過由于算法實現比較困難，所以TNT2、Savage4、Voodoo3等芯片仍然采用emboss浮雕效果來簡化計算過程，雖然可以沒有速度的損失，可是逼真程度卻不盡人意。DirectX
6.0中定義了環境映射凸凹貼圖，它可以模擬出逼真的光澤變化，反映出不同環境光線下的凸凹效果。G400是第一個為環境映射凸凹貼圖提供硬件加速的圖形芯片。
9、模板緩沖
在飛行模擬、賽車這類游戲中，駕駛艙內部往往是固定的畫面，沒有必要隨每幀畫面重新更新。模板緩沖就是用來標注那些部分不需要更新。而目前普遍采用的8位模板緩沖還可以存儲陰影、光線效果信息。模板緩沖技朮可以加速3D顯示速度。
10、AGP紋理（AGP texture）
AGP總線比PCI總線的優勢不僅僅是帶寬更高，更重要的是AGP接口允許把系統內存的一部分作為顯存的擴充存放紋理數據，這些數據可以直接被圖形芯片使用而不需要調入圖形卡板載顯存。這樣極大的提高了數據傳輸效率，在紋理數據量很大時效果非常明顯。
11、多重紋理（multi-texture）
為了增強3D場景的真實程度，除了使用普通紋理貼圖外往往要混合使用亮度貼圖、環境貼圖、反射貼圖等等。這樣一個像素要渲染兩次或更多，需要采用多個渲染流水線才能避免引起性能的下降，而具備兩條以上渲染流水線的芯片則可以支持單時鐘周期多重紋理。
12、反走樣（Anti-aliasing）
仔細觀察3D場景中物體傾斜的邊緣往往呈現出鋸齒狀。反走樣利用過采樣技朮增強畫面的分辨率，減低鋸齒效果，所以也稱作反鋸齒。不過全屏幕反走樣會造成明顯的速度下降。
13、Z緩沖
對于3D畫面，屏幕上的每個像素都有一個深度值（Z坐標上的取值），根據這個Z值來判斷哪些物體可以看見，而哪些是被遮蔽住的。圖形卡顯示內存中必須有一部分用來存儲Z緩沖信息。16位的Z緩沖精度是最低要求，而且常會在物體表面發現一些時見時消的陰影、光亮或條紋。專業3D設計需要32位精度。
下一代3D圖形芯片會怎樣
S3的下一代芯片名為GX4，據稱具備四條渲染流水線，具備單時鐘周期四重紋理渲染的能力。nVIDIA也正在開發代號為NV10的下一代圖形芯片，預計明年初問世，性能將是TNT2的數倍。這些芯片將采用0.18微米技朮生產，時鐘頻率可能超過300MHz。它們將支持64MB甚至128MB板載顯存（看來AGP
4x沒有太大作用了）。而且它們將集成几何浮點引擎提供坐標變換和亮度處理（transform & lighting）的硬件加速。而以往，這是由CPU來承擔的。這當然會帶來速度的提高，而且也意味著用性能弱的CPU同樣可以體驗逼真的3D效果。不過由此帶來一個疑問，AMD的3DNow！和Intel
Pⅲ的SSE指令似乎沒有什么用處了──是否真的如此還是待時間來回答把。
近日又聽到3dfx開發下一代芯片Napalm（汽油彈）的消息，它支持AGP 4x，2D核心仍然沿用Banshee的成熟技朮。它將采用全新的3D渲染引擎，支持32位真彩渲染。而且，3dfx會選擇第三方的几何處理引擎與3D渲染引擎配合。Naplam將支持高達128MB的板載顯存。最令人驚訝的時，3dfx有可能采用擴展插座的方式（就像Socket
CPU插座）把四個Naplam集合起來（成了集束炸彈了）使用。看來有一場世界大戰即將上演，只要3dfx、nVIDIA、S3等好戰分子還活著，世界就不會太平──3D市場有戲了，我們還是等著坐收漁利吧。
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