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Originellement, Mesa 3D forme une bibliothèque graphique libre, a été développée par Brian Paul, à partir d'août 1993, qui fournit une implémentation générique d'OpenGL pour réaliser des rendus graphiques tridimensionnels en temps réel, et ce sur de multiples plates-formes. Bien que Mesa 3D ne soit pas une implémentation affirmée d'OpenGL, les structures, syntaxe et sémantique de son API sont celles d'OpenGL.
Mesa 3D est la seule [réf. nécessaire] implémentation d'OpenGL complètement open source En juillet 2007. Elle concourt à l'implémentation X.Org du système de fenêtrage X, qui l'utilise pour le rendu OpenGL pour les pilotes open-source DRI X.Org/OpenGL. X.Org engendre les fonctionnalités capitales à la plupart des applications graphiques fonctionnant sous les plates-formes de type Unix, comme GNU/Linux.
Une mise à jour raisonnable a été réalisée en juillet 2009 avec la combinaison du travail réalisé sur Gallium3D, déployé notamment par la société TungstenGraphics (rachetée par VMware) et primitivement prévu pour modifier Mesa 3D. Cette nouvelle version raccourcit le développement des pilotes graphiques en proposant un niveau d'abstraction unique sollicité par les pilotes graphiques. D'une manière générale, elle doit permettre une meilleure exploitation des capacités des processeurs graphiques actuels et peut fournir un procédé de décodage vidéo universel2. Enfin, Gallium3D rend possible l'utilisation du processeur graphique (GPU) pour des tâches de calcul, autrefois dévolues au processeur central (CPU) (on parle alors de General-Purpose computation on GPUs ou GPGPU).
Les pilotes libres pour puces AMD et Nvidia adoptent Gallium3D sur l'architecture x86. Intel en revanche fait appel à Mesa pour les pilotes libres de ses puces graphiques. Du code assembleur pour l'accélération des calculs via SIMD x86 et x86_64 (AMD64) sont également disponibles.
Le code assembleur pour l'accélération SIMD (neon) sur l'architecture ARM, et seul freedreno, le pilote libre consacré aux processeurs graphiques Adreno de Qualcomm est intégré à la branche principale de développement.
Les bâtisseurs du pilote Lima, pour les GPU Mali d'ARM permettent de conserver leur pilote en dehors de l'arborisation, en raison de ses mises à jour plus fréquentes, et que celui-ci soit compilé indépendamment.
Mesa 3D accomplissait tout le rendu des graphismes 3D au niveau du processeur central (CPU), mais l'architecture de Mesa 3D s'est ouverte pour assembler le rendu en accélération matérielle au niveau du processeur graphique (GPU) afin de décharger le processeur central de cette tâche. Un des premiers pilotes à supporter l'accélération matérielle a été le pilote 3dfx pour l'API Glide pour les cartes graphiques très appréciés Voodoo I/II et autres. Tout le rendu était fait de manière déviée dans le serveur X, ce qui n'était pas optimal en termes de vitesse de rendu.