Histoire de la 3D

Cette page a pour but de présenter un historique de la 3D et de l'infographie en se focalisant sur les découvertes techniques, le cinéma, les jeux vidéos et les avancées matérielles.

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1853
théorie
Invention des anaglyphes

Wilhelm Rollmann développe le principe des anaglyphes, images pouvant être vues en relief à l'aide de lunettes bicolores.

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1888
Film
Roundhay Garden SceneRoundhay Garden Scene - premier film

Très court métrage (environ 2 secondes) réalisé par l'inventeur français Louis Le Prince. Probablement le premier film jamais réalisé.

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1908
Film
Premier dessin animé cinématographique

Œuvre d'Émile Courtet, dit Émile Cohl, Fantasmagorie est projetée le 17 août 1908 au théâtre du Gymnase à Paris. Il s'agit du premier dessin animé cinématographique, et du début de la prolifique carrière de Cohl : 300 films de 1908 à 1923.

D'une durée de 1 minutes 40, le dessin animé a été créé en image par image, la totalité du décor étant redessinée à chaque fois.

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1927
Film
Metropolis - Fritz langMetropolis

Metropolis, de Fritz Lang. Monument de la science-fiction, effets spéciaux extraordinaires pour l'époque. Le film influença de nombreuses oeuvres, de Blade Runner au 5eme élément.

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1951
jeu vidéo
Ralph BaerJeu vidéo : un coup dans l'eau

Ralph Baer, un inventeur et technicien né en Allemagne qui travaille chez le constructeur de télévisions Loral Electronics, est chargé de développer un téléviseur plus performant que ceux de la concurrence. Il suggère d'intégrer un jeu mais son idée est refusée.

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1952 - 1962
jeu vidéo
SpacewarPremiers jeux vidéo

Selon la définition que l'on donne à l'expression jeu vidéo, plusieurs dates sont retenues concernant son origine :

  • OXO - 1952 : premier jeu graphique sur ordinateur, OXO est un morpion développé par Alexander S. Douglas pour sa thèse sur les interactions homme-machine.
  • Tennis for two - 1958 : jeu de tennis développé par William Higinbotham fonctionnant avec un ordinateur relié à un oscilloscope.
  • Spacewar - 1962 : Développé au MIT (Steve Russell et al.), Spacewar (voir photo) est un jeu de tir dans l'espace.

Ces jeux resteront des curiosités et ne seront pas commercialisés.

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1960-1964
théorie
William FetterComputer Graphics : naissance

William Fetter travaillait sur l'optimisation de l'espace dans les cockpits d'avion. En 1964, dans le cadre de son travail, il a pour la première fois modélisé un être humain sur ordinateur (en vue orthographique). On lui attribue aussi le terme computer graphics, qu'il aurait inventé en 1960.

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1962
théorie
Courbes de BézierCourbes de Bézier

Pierre Bézier invente les courbes paramétriques qui porteront son nom. Il s'en servit pour la conception de pièces automobiles. Elle seront plus tard employées en 3D pour tracer courbes et surfaces.

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1963
Film
A Two Gyro Gravity Gradient Altitude Control SystemA Two Gyro Gravity Gradient Altitude Control System

En 1963 est montré pour la première fois le film A Two Gyro Gravity Gradient Altitude Control System. Derrière ce titre barbare se cache un film à vocation scientifique, développé dans les laboratoire Bell. Le film d'Edward Zajac, qui porte sur la stabilisation de satellites autour de la Terre, serait (?) le premier film généré par ordinateur.

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1963
logiciel
SketchpadSketchpad

Sketchpad est un logiciel écrit par Ivan Sutherland durant son doctorat qui apporta deux nouveautés. D'une part, Sketchpad était le premier à utiliser une interface totalement graphique ; par ailleurs il permettait de créer interactivement des dessins à l'aide d'un crayon optique, qui venait lui-même d'être inventé.
2 jours de travail de dessin technique papier pouvaient être effectués en 1h.
Ce logiciel peut être considéré comme l'ancêtre des logiciels de CAO (Conception assistée par ordinateur).

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1966
jeu vidéo
Invention de la console

Ralph Baer (cf 1951) travaille désormais chez Sanders Associates (où il travaille sur des radars) et songe toujours à son idée de jeu sur téléviseur. Il imagine un boîtier se raccordant aux télévisions qui est une ébauche de console de jeux.
Plusieurs jeux seront développés, dont un jeu de tennis qui servira d'inspiration au créateur de Pong.

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1967
théorie
Scanline rendering

Wylie, Romney, Evans, et Erdahl, collègues d'Ivan Sutherland (voir 1963), publient leur travaux sur un nouveau système d'élimination des surfaces cachées (essentiel en 3D pour déterminer quel polygone ou pixel est caché par un autre).
Leur algorithme, le scanline rendering, fonctionne ligne par ligne (et non polygone par polygone ou pixel par pixel).

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1968
théorie
Ray casting

Arthur Appel invente l'ancêtre du raytracing, le ray casting : comme pour le raytracing on génère l'image en lançant un rayon par pixel, puis en calculant l'intensité lumineuse en lançant un rayon vers la source lumineuse.
Il manque encore la notion de récursivité. Les effets de réfraction/réflexion ne sont pas pris en compte.
La technique a été mise en application dans certains jeux vidéos comme Wolfenstein 3D ( 1992).

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1968
théorie
University of UtahUniversity of Utah : là où tout (enfin presque) est arrivé

A partir de 1968, David Evans et Ivan Sutherland (créateur de Sketchpad) transfoment le département d'informatique de l'université de l'Utah pour en faire un institut de recherche innovant. Certaines des innovations les plus importantes en matière de 3D y seront développées, et l'université a encore une influence importante sur toute l'industrie graphique.

Z-buffer, texture mapping, antialiasing, ombrage ou encore environment mapping sont associés à cette université. Des grands noms de l'industrie graphique (Blinn, Phong, Catmull, ...) y ont travaillé, certains ayant par la suite fondé des entreprises comme Adobe ou Pixar.

Historique de l'université

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1969
entreprise
Création de l'ACM SIGGRAPH

Andy van Dam fonde l'ACM Siggraph, Association for Computing Machinery's Special Interest Group on Computer Graphics and Interactive Techniques, groupe qui à partir de 74 organisera la conférence du Siggraph.

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1971
Film
Andromeda StrainAndromeda Strain

Probablement le premier film à utiliser des ordinateurs pour la création d'effets visuels (la structure en rotation d'un laboratoire).

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1971
théorie
Ombrage de Gouraud

Le chercheur français Henri Gouraud développe une nouvelle technique permettant d'obtenir un éclairage plus réaliste sur les objets 3D composés de polygones. Pour chaque vertex (sommet) faisant partie de l'objet, on détermine les normales des faces qui se rencontrent en ce point ;. En calculant la moyenne, on obtient une estimation de ce que devrait être la normale en ce point, et on calcule l'éclairage. Pour chaque pixel d'un polygone de l'objet on fera une interpolation entre les couleurs des vertex. Auparavant, tous les points d'une face avaient la même couleur (rendu "flat").

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1972
jeu vidéo
Brown Box et Odyssey

Sortie de la Magnavox Odyssey, première véritable console de jeu. Le modèle est conçu par Ralph Baer, et est inspiré de sa Brown Box, prototype de console fonctionnel dès 1968.
Un grand nombre de jeux ont été conçus pour l'Odyssey, dont un jeu de tennis auquel jouera Nolan Bushnell, un des créateurs de Pong.

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1972
jeu vidéo
PongPong : le jeu sort des labos

En 1972, Nolan Bushnell et Ted Dabney fondent Atari puis conçoivent avec notamment Allan Alcorn le jeu Pong.

Pong n'est pas, contrairement à la croyance courante, le premier jeu vidéo. Ce jeu de Ping-pong est cependant considéré comme le premier jeu de masse, largement diffusé sur bornes d'arcade en 72 puis console en 75 grâce à sa simplicité et son côté addictif. Le jeu vidéo devient une industrie.
L'idée de Pong est "empruntée" à un jeu de tennis disponible sur la console Magnavox Odyssey, ce qui sera la cause d'un procès perdu par Atari.

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1973
théorie
Ombrage de Phong

L'ombrage inventé par Gouraud en 1971 avait plusieurs inconvénients, et ne permettait par exemple pas de représenter correctement la réflexion spéculaire. Bui Tuong Phong développe au cours de son doctorat un nouvel algorithme. En chaque point de l'objet 3D on combine une composante d'ambiante (pour ne pas avoir d'ombres totalement noires), de réflexion diffuse (comme sur un objet mat) et de spéculaire (objet brillant). La normale est calculée pour chaque pixel et non pour chaque sommet.
Le rendu est plus lent, mais bien plus esthétique qu'avec l'ombrage de Gouraud.

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Quelques sources et références utiles :