06/10/2026 · VietTechies · Biên tập
Vào năm 1973, ba học sinh trung học gồm Greg Thompson, Steve Colley và Howard Palmer tham gia một chương trình học tập kết hợp làm việc tại NASA nhằm phát triển phần mềm mô phỏng động lực học chất lưu cho các thiết kế tàu vũ trụ. Dự án của họ sau đó đã biến chuyển thành Maze War, một phần mềm hiển thị môi trường mê cung từ góc nhìn thứ nhất. Sang năm 1974, Đại học Illinois triển khai Spasim trên hệ thống máy tính lớn PLATO, giới thiệu một trình mô phỏng bay không gian góc nhìn thứ nhất cho phép tối đa 32 người chơi kết nối mạng tương tác cùng lúc trong một môi trường ảo chung.
Giới hạn lưới tọa độ và những thử nghiệm đầu tiên trên máy tính lớn
Những chương trình đồ họa ban đầu này hoạt động trong các giới hạn kỹ thuật khắt khe. Maze War và Spasim phụ thuộc vào cơ chế di chuyển theo ô cố định, buộc người chơi phải bước từng bước từ khối này sang khối khác và xoay chuyển theo các góc vuông 90 độ rời rạc. Để đạt được chuyển động hình ảnh liên tục trên phần cứng máy thùng (arcade) chuyên dụng, nhà thiết kế Ed Rotberg tại Atari đã phát triển trò chơi Battlezone vào năm 1980. Được lấy cảm hứng từ Panther—một phần mềm mô phỏng xe tăng ra đời năm 1975 trên máy tính lớn PLATO—Battlezone sử dụng màn hình hiển thị đồ họa vector để chiếu không gian 3D khung dây lên màn hình máy thùng, mở ra một mô hình thương mại thành công trên thị trường đại chúng cho các phần mềm sử dụng góc nhìn thứ nhất.
Raycasting và kỹ thuật dựng hình động
Để vượt qua cơ chế di chuyển tù túng bị khóa vào lưới ô vuông, phần mềm cần các thuật toán có khả năng tính toán cách dựng tường dựa theo vị trí và góc nhìn của người chơi. Một bước ngoặt sớm đã xuất hiện ở tựa game Wayout khi trò chơi này ứng dụng kỹ thuật raycasting để tính toán động hình dáng các mảng tường tùy thuộc vào hướng và vị trí đứng. Đến tháng 5 năm 1991, lập trình viên John Carmack thuộc id Software đưa công nghệ raycasting vào trò chơi Hovertank 3D nhằm tăng tốc độ dựng hình trên các phần cứng máy tính tương thích với IBM PC. Thay vì dựng lại toàn bộ các bề mặt hình học phức tạp từ đầu, thuật toán này tính toán các lát cắt dọc của khung nhìn để hiển thị các bức tường một cách nhanh chóng, tạo ra chuyển động mượt mà ngay trên máy tính cá nhân thương mại.
Sự xuất hiện của kỹ thuật áp ảnh bề mặt
Dù raycasting giải quyết được giới hạn về tốc độ, hình ảnh hiển thị vẫn khá đơn điệu với những mảng tường phẳng một màu duy nhất. Vào tháng 10 năm 1990, nhà phát triển John Romero của id Software đã biết đến kỹ thuật áp ảnh bề mặt (texture mapping) qua một cuộc gọi điện thoại với Paul Neurath. Việc phủ trực tiếp các hình ảnh bitmap lên tường đa giác giúp các môi trường đạt được chiều sâu thị giác. Carmack đã đưa phương pháp này vào tựa game Catacomb 3-D vào tháng 11 năm 1991, hiển thị chi tiết bề mặt tường bên cạnh bàn tay của nhân vật chính. Công ty Looking Glass Technologies tiếp tục mở rộng kỹ thuật này vào tháng 3 năm 1992 với Ultima Underworld: The Stygian Abyss, tạo nên một thế giới góc nhìn thứ nhất được phủ ảnh bề mặt hoàn chỉnh. Đến ngày 5 tháng 5 năm 1992, id Software cùng nhà phát hành Apogee Software phát hành Wolfenstein 3D, kết hợp hình ảnh raycasting tốc độ cao với mô hình phân phối shareware theo từng tập trên các nền tảng IBM PC.
Từ những bức tường phẳng đến hình học động
Bất chấp những cải tiến đồ họa đó, các công cụ dựng hình ban đầu vẫn bị giới hạn cấu trúc trong những trần nhà phẳng và các hành lang vuông góc. Ngày 27 tháng 10 năm 1993, Raven Software phát hành ShadowCaster, vận hành trên một phiên bản tùy biến từ công cụ của Carmack. ShadowCaster đã triển khai các khả năng đồ họa 2.5D tiên tiến trước cả Doom, bao gồm hiệu ứng sương mù theo khoảng cách, các bức tường không vuông góc, cùng trần và sàn nhà được phủ ảnh bề mặt. Vài tuần sau, vào ngày 10 tháng 12 năm 1993, id Software chính thức ra mắt Doom. Trò chơi này thay thế các lưới vuông góc bằng tường chéo tự do, độ cao sàn thay đổi tạo nên cầu thang và bệ đỡ, sự biến đổi cường độ ánh sáng sơ khai, cùng cơ chế đấu mạng tử chiến theo thời gian thực.
Những đột phá dựng hình dồn dập từ năm 1973 đến 1993 đã đặt nền móng cho các phương pháp thuật toán cốt lõi và mô hình thiết kế cấu trúc định hình nên phần mềm đồ họa 3D tương tác theo thời gian thực hiện đại.
Ảnh đầu bài: minh họa do AI tạo, không phải ảnh tư liệu.