Für die 3D-Funktionen arbeiten meist spezielle 3D-Beschleunigerchips, die ähnlich wie die von 2D-Beschleunigerchips funktionieren. Jedoch besitzen die 3D-Grafikkarten, je nach Typ, die dreidimensionale Darstellung in Silizium gegossen. Die Berechnungen für die 3D-Strukturen übernimmt aber weiterhin die CPU. Der Beschleunigerchip kümmert sich einzig und allein um die Renderoperationen und die Oberflächenstrukturen.
Die meisten heutigen Grafikkarten besitzen für 3D- und 2D-Funktionen einen eigenen Beschleunigerchip. Oft sind auch beide Bausteine in einem Gehäuse untergebracht, was auch der allgemeine Trend ist. Es gibt aber auch reine 3D-Grafikkarten, die parallel zur schon vorhandenen Grafikkarten benutzt werden.
Früher waren die 3D-Funktionen hauptsächlich für Spiele von Bedeutung (heute meistens auch noch), doch auch die Betriebssysteme benötigen schon etwas 3D-Grafik. Doch orientiert sich die Entwicklung der Grafikkarten immer noch nach Spielen. Dabei sind Spiele wie Baller- oder Mörderspiele so ziemlich die einzigen, die einer Grafikkarte die volle Leistung entlocken können.
Für diese Spiele und natürlich auch für andere gibt es sogenannte 3D-Engines (Softwareinterfaces), auf deren Basis viele Spiele entwickelt werden. Diese Engines stellen definierte Programmierschnittstellen dar und auch Level-Editoren und 3D-Modelle enthalten. Strategiespiele oder Flugsimulatoren basieren oft auf solchen Engines. Die Entwicklung eines solchen 3D-Spiels verschlingt Millionen und wird von einem Team, meist betstehend aus Mathematikern, Grafikern, Musikern und Programmierern, unter enormen Zeitdruck gefertigt, denn die Spiele gelten nach einem halben Jahr meist schon als technisch veraltet.
Wenn man die Entwicklung von Grafikkarten nicht kontinuierlich verfolgt hat, wird den Errungenschaften dabei oft nur mit Unverständnis gegenüberstehen. Grund dafür kann die spezielle Terminologie für die vielen 3D-Features, die die Hersteller verwenden.
Die zahlreichen Begriffe geben aber nur einen theoretischen Eindruck über die Features einer solchen Grafikkarte. Um aber das alles zu verstehen, muss man es oft live erleben, um einen Eindruck zu bekommen.
Bei der Beurteilung der Leistungsfähigkeit gibt es mehrere Kriterien, z.B. die Darstellungsqualität. Dabei spielen die Klötzcheneffekte eine große Rolle. (Definition „Klötzcheneffekt“: runde Strukturen, die beim Näherkommen vieleckig werden.) Um diesen Effekt großteils zu eliminieren, sollte eine Grafikkarte mindestens das Bilineare Filtering unterstützten. Heute ist dieses Feature aber schon Standard in den Grafikkarten. Eine noch bessere Auflösung erhält man durch das Trilineare Filtering, was die Texturen noch feiner darstellt.
Beim Kauf sollte man darauf achten, dass die Grafikkarte möglichst viele der in der Tabelle dargestellten Features Hardwareseitig unterstützt. Oft werden aber viele Features durch eine Treiber-Software ersetzt, was aber leider zu Lasten der Verarbeitungsgeschwindigkeit führt.
Auch sollte eine Grafikkarte einen flüssigen Bildaufbau beherrschen. Das Maß dafür stellen die Frameraten dar, die in fps (frames per second) gemessen werden. Sie kennzeichnet, wie viele Bilder pro Sekunde aufgebaut werden, um zuletzt den Eindruck eines flüssig laufenden Videos zu erlangen. Ein Ruckeln registriert das menschliche erst bei weniger als 25 fps. Für einen wirklich flüssigen Bildablauf sind mindestens 50 fps nötig.
Eine Grafikkarte, die mit 50 fps arbeitet, ist eigentlich sehr gut, da höhere Werte von unserem Auge nicht als merkliche Leistungssteigerung registriert werden. Damit eine Grafikkarte ihre volle Leistung entwickeln kann, muss auch das Umfeld, sprich CPU, RAM, Festplatte, etc., stimmen.
Die meisten Grafikkarten überlassen die Festlegung des Ortes der Bildpunkte der CPU, was man allgemein als Dreieck-Setup bezeichnet. Die CPU muss dabei die Szenerie, also die Orte an denen die Bildpunkte liegen sollen selbst berechnen. Die Grafikkarte übernimmt dann das Füllen der einzelnen Polygone mit dem Rasterizer.
Erst teure Grafikkarte mit einem Preis um die 500 € entlasten die CPU von der Aufgabe der Berechnung der einzelnen Bildpunkte.
