ラスタライズとグラフィックスパイプライン

ラスタライズは、三角形などの幾何学的プリミティブを、それらが画面上で覆うピクセルに変換する処理であり、3Dシーンを2D画像に変換するグラフィックスパイプラインの中心的なステップを形成します。

Definition

ラスタライズとは、投影された幾何学的プリミティブがどのピクセルを覆うかを決定し、それらのピクセル全体にわたって深度、色、テクスチャ座標などの頂点ごとの量を補間するプロセスです。

Scope

このトピックでは、標準的なレンダリングパイプラインの各ステージ（頂点変換、クリッピング、投影、プリミティブアセンブリ、スキャン変換、フラグメント処理）に加え、可視性のためのデプスバッファリング、頂点属性の透視補正補間、および結果として得られるサンプルのアンチエイリアシングについて扱います。

Core questions

• 3D座標はどのように2Dスクリーン位置に変換されますか？
• 投影された三角形はどのピクセルを覆いますか？
• プリミティブが重なる場合、可視性はどのように解決されますか？
• エッジに沿ったエイリアシングアーティファクトはどのように低減されますか？

Key concepts

• 頂点ステージとフラグメントステージ
• クリッピングと投影
• スキャン変換
• Zバッファデプステスト
• 透視補正補間
• アンチエイリアシング

Key theories

変換およびラスタライズパイプライン

ジオメトリは、オブジェクト空間からスクリーン空間への座標変換の固定されたシーケンスを通過し、その後、プリミティブはフラグメントにスキャン変換されます。これにより、並列ハードウェアに効率的にマッピングされる構造が提供されます。

可視性のためのデプスバッファリング

Zバッファは、各ピクセルでこれまでに描画された最も近い深度を格納し、それより奥にあるフラグメントを破棄することで、ジオメトリをソートすることなく隠面消去を段階的に解決します。

Clinical relevance

ラスタライズパイプラインは、事実上すべてのリアルタイムグラフィックスの基盤であり、ビデオゲーム、ユーザーインターフェースの合成、CADビューア、およびブラウザやモバイルデバイスで見られるインタラクティブな3Dを駆動しています。

History

1970年代初頭のZバッファとスキャン変換の手法は、初期のグラフィックスハードウェアの固定機能パイプラインに体系化され、その後、現代のGPUのプログラマブルシェーダーパイプラインに一般化されました。

Key figures

• Edwin Catmull
• Bui Tuong Phong

Seminal works

• catmull1974
• hughes2013

Frequently asked questions

なぜラスタライズはそれほど高速なのですか？

各三角形は独立して処理され、各ピクセルは単純な増分算術によって塗りつぶされます。これは、グラフィックスハードウェアの超並列アーキテクチャに直接マッピングされます。

Zバッファは何のためにありますか？

Zバッファは、各ピクセルでこれまでに描画された最も近い表面がどれだけ離れているかを記録し、より近い表面がより遠い表面を上書きすることで、シーンの隠れた部分が自動的に除去されるようにします。