Per ottenere la rappresentazione grafica di un oggetto tridimensionale è necessario passare attraverso due fasi, la descrizione geometrica dell'oggetto utilizzando coordinate e distanze in un sistema di assi in tre dimensioni e la successiva rappresentazione bidimensionale dipendente dal punto di vista dell'osservatore. Con un software di grafica 3D, quindi, si creano gli oggetti in uno spazio virtuale tridimensionale descritto matematicamente nella memoria del computer; il passo successivo consiste nell'inviare sullo schermo del pc una specie di "fotografia" scattata sullo scenario contenuto in memoria. La differenza di questo tipo di gestione grafica, rispetto a quella tradizionale in due dimensioni, è la stessa che c'è tra osservare una cartolina di un paesaggio e trovarsi dentro il paesaggio stesso: nel primo caso si può vedere solo un'immagine predeterminata, mentre nel secondo ci si può spostare liberamente e osservare ogni oggetto da un punto di vista diverso. In entrambi i casi il risultato finale sarà sempre un'immagine in due dimensioni rappresentata sullo schermo del pc, ma con la fondamentale differenza che la gestione 3D permette di ottenere rappresentazioni dinamicamente variabili degli scenari e degli oggetti, con tanto di animazioni ed effetti speciali. Con un programma o un gioco in due dimensioni si possono osservare solo le immagini create in origine dall'autore del software, mentre con un gioco 3D è possibile spostarsi liberamente in uno spazio tridimensionale virtuale.

Perché serve una scheda 3D?

La gestione della grafica tridimensionale richiede molta potenza di calcolo: mentre per generare le tradizionali immagini bidimensionali è sufficiente "disegnarle" sotto forma di bit nella memoria della scheda grafica (frame buffer), per creare la rappresentazione di un oggetto tridimensionale è necessario gestire una dimensione in più in una memoria dedicata detta Z-buffer. Si passa, quindi, da un tipo di grafica basata sulla sovrapposizione di immagini bidimensionali, a un tipo completamente diverso basato sulla descrizione matematica degli oggetti nello spazio. Ciò richiede una notevole potenza di calcolo da parte del computer, che deve realizzare milioni di operazioni matematiche su punti e poligoni per generare in tempo reale la rappresentazione in due dimensioni dello scenario 3D contenuto in memoria. Queste operazioni possono essere realizzate dai cosiddetti "motori di rendering" software, cioè particolari programmi in grado di eseguire le operazioni richieste sfruttando la potenza di calcolo della cpu di sistema. In questo caso, però, si incontrano seri limiti quando si necessita di lavorare con immagini ad elevata risoluzione e con molti colori: nessun problema, in pratica, fino a 320x200 punti con 256 colori, ma già alla risoluzione di 640x480 punti si incontrano notevoli rallentamenti nella generazione delle immagini. Ma non basta: per rendere realistico uno scenario 3D è necessario applicare una serie di "filtri" all'immagine, ad esempio per correggere l'effetto mosaico di alcuni motivi di riempimento (bilinear filtering e MIP mapping), per correggere le prospettive, per aggiungere effetti di illuminazione (specular highlights e depth cueing), di nebbia (fogging) e di trasparenza (alpha blending). Se si pensa, quindi, che per ottenere una rappresentazione realistica di uno scenario 3D è necessario utilizzare almeno la risoluzione di 640x480 punti con 65.000 colori e con una frequenza di 30 fotogrammi generati ogni secondo, si capisce la necessità di utilizzare un meccanismo di accelerazione hardware.