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Mesa 3D détermine une bibliothèque graphique libre, initialement développée par Brian Paul, à partir d'août 1993, qui attire une implémentation générique d'OpenGL pour effectuer des rendus graphiques tridimensionnels en temps réel, et ce sur de multiples plates-formes. Bien que Mesa 3D ne soit pas une implémentation officielle d'OpenGL, les structures, syntaxe et sémantique de son API sont celles d'OpenGL.
En juillet 2007, Mesa 3D est restée la seule [réf. nécessaire] adhésion d'OpenGL complètement open source. Elle est principalement usée par 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 fournit les fonctionnalités essentielles à la plupart des applications graphiques marchant sous les plates-formes de type Unix, comme GNU/Linux.
En juillet 2009, une mise à jour importante a été opérée avec l'incorporation du travail réalisé sur Gallium3D, développé principalement par la société TungstenGraphics (rachetée par VMware) et initialement prévu pour remplacer Mesa 3D. Cette nouvelle version condense le développement des pilotes graphiques en proposant un niveau d'abstraction unique postulé par les pilotes graphiques et qui peut lui-même avoir recours à différents procédés d'accélération basés sur OpenGL, OpenGL ES, OpenCL1, OpenVG voire Direct3D (auquel Wine pourrait avoir recours). 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 réservées au processeur central (CPU) (on parle alors de General-Purpose computation on GPUs ou GPGPU).
Sur l'architecture x86, les pilotes libres pour puces AMD et Nvidia se servent de Gallium3D. Intel en revanche nécessite le recours Mesa pour les pilotes libres de ses puces graphiques. Il y a également le code assembleur pour l'accélération des calculs via SIMD x86 et x86_64 (AMD64).
Il n'existe pas de code assembleur pour l'accélération SIMD (neon), et seul freedreno, le pilote libre dédié aux processeurs graphiques Adreno de Qualcomm est intégré à la branche principale de développement.
Les concepteurs du pilote Lima, pour les GPU Mali d'ARM choisissent maintenir leur pilote en dehors de l'arborescence, en raison de ses mises à jour plus habituelles, et que celui-ci soit compilé isolément.
Premièrement, Mesa 3D réalisait tout le rendu des graphismes 3D au niveau du processeur central (CPU), mais l'architecture de Mesa 3D s'est ouverte pour implémenter le rendu en accélération matérielle au niveau du processeur graphique (GPU) afin de soulager le processeur central de cette tâche. Un des premiers pilotes à accepter l'accélération matérielle a été le pilote 3dfx pour l'API Glide pour les cartes graphiques très populaires Voodoo I/II et autres.