ラスターグラフィックイメージ

コンピュータグラフィックスにおいて、ラスタライゼーション（イギリス英語）またはラスタライゼーション（アメリカ英語）は、ベクターグラフィックス形式（図形）で記述された画像をラスター画像（一連のピクセル、ドット、または線で、一緒に表示されると、図形で表現された画像が作成される）に変換するタスクです。[1] [2]ラスタライズされた画像は、コンピュータディスプレイ、ビデオディスプレイ、またはプリンタに表示されたり、ビットマップファイル形式で保存されたりします。ラスタライゼーションは、 3Dモデルを描画する手法、またはポリゴンや線分などの2Dレンダリングプリミティブをラスタライズ形式に 変換することを指す場合があります。

語源

「ラスタライゼーション」という用語は、ドイツ語の Raster  （格子、パターン、図式）とラテン語の rāstrum（掻き取り器、熊手）に由来する。[3] [4]  

2D画像

線プリミティブ

Bresenham の線アルゴリズムは、線をラスタライズするために使用されるアルゴリズムの例です。

円プリミティブ

中点円アルゴリズムなどのアルゴリズムは、ピクセル化されたキャンバス上に円をレンダリングするために使用されます。

3D画像

ラスタライゼーションは、3Dモデルのレンダリングにおける代表的な手法の一つです。レイトレーシングなどの他のレンダリング手法と比較して、ラスタライゼーションは非常に高速であるため、ほとんどのリアルタイム3Dエンジンで使用されています。しかし、ラスタライゼーションは単にシーンのジオメトリからピクセルへのマッピングを計算するプロセスであり、それらのピクセルの色を計算する特定の方法を規定するものではありません。各ピクセルの特定の色は、ピクセルシェーダー（最新のGPUでは完全にプログラム可能）によって割り当てられます。シェーディングでは、ライトの位置などの物理的効果、それらの近似値、あるいは純粋に芸術的な意図が考慮される場合があります。

3Dモデルを2D平面にラスタライズし、コンピュータ画面（「スクリーンスペース」）に表示するプロセスは、多くの場合、グラフィックスパイプライン内の固定機能（プログラム不可能）ハードウェアによって実行されます。これは、レンダリング時に使用されるラスタライズ技術を変更する動機がなく[5]、専用システムによって高い効率が得られるためです。

三角形のラスタライズ

左上ルールを使用して三角形をラスタライズする

ポリゴンはデジタル3Dモデルの一般的な表現方法です。ラスタライズ前に、個々のポリゴンは通常三角形に分割されます。そのため、3Dラスタライズにおいて解決すべき典型的な問題は三角形のラスタライズです。三角形のラスタライズアルゴリズムに通常求められる特性は、隣接する2つの三角形（つまり、エッジを共有する三角形）をラスタライズすることです。

  1. 三角形の間には穴（ラスタライズされないピクセル）が残らないため、ラスタライズされた領域は（隣接する三角形の表面と同様に）完全に埋められます。そして
  2. ピクセルは複数回ラスタライズされません。つまり、ラスタライズされた三角形は重なり合いません。これは、三角形のラスタライズ順序に結果が左右されないことを保証するためです。ピクセルを重複して描画すると、上書きされるはずのピクセルに計算能力が浪費される可能性もあります。

このことから、上記の条件を保証するラスタライズルールが確立されます。そのようなルールの1つは左上ルールと呼ばれ、以下の場合にのみピクセルがラスタライズされるというものです。

  1. 中心が三角形の内側に完全に位置している、または
  2. その中心は三角形の辺（角の場合は複数の辺）上、つまり（角の場合はすべての辺が）上端または左端にあります。

上端は正確に水平で他の端より上に位置する端であり、左端は三角形の左側にある非水平の端です。

このルールは、例えばDirect3D [6]や多くのOpenGL実装によって実装されています（仕様では定義されておらず、一貫したルールのみを要求しています[7]）。

品質

ピクセル精度（左）vsサブピクセル精度（中央）vsアンチエイリアシング（右）

ラスタライズの品質は、アンチエイリアシングによって向上させることができます。アンチエイリアシングは「滑らかな」エッジを作成します。サブピクセル精度は、ピクセルグリッドよりも細かいスケールで位置を考慮する手法であり、プリミティブの端点が同じピクセル座標にある場合でも異なる結果を生成することができ、より滑らかな動きのアニメーションを実現します。PlayStation 1のような単純なハードウェアや古いハードウェアでは、3Dラスタライズにおいてサブピクセル精度が欠如していました。[8]

参照

参考文献

  1. ^ Michael F. Worboys (1995年10月30日). GIS: コンピュータサイエンスの視点. CRC Press. pp. 232–. ISBN 978-0-7484-0065-2。
  2. ^ Kang-Tsung Chang (2007年8月27日). 『VBAによるArcObjectsプログラミング：タスク指向アプローチ、第2版』CRC Press. pp. 91–. ISBN 978-1-4200-0918-7。
  3. ^ ハーパー、ダグラス、「raster」。オンライン語源辞典。
  4. ^ rastrum. チャールトン・T・ルイスとチャールズ・ショート.ペルセウス・プロジェクトのラテン語辞典.
  5. ^ 「ラスタライゼーション：実用的な実装」www.scratchapixel.com . 2023年10月6日閲覧。
  6. ^ 「ラスタライズルール（Direct3D 9）」Microsoft Docs . 2020年4月19日閲覧。
  7. ^ OpenGL 4.6 (PDF) . p. 478.
  8. ^ 「PlayStationのラスタライズ問題」Libretro . 2016年10月4日. 2020年4月19日閲覧。
  • マイケル・アブラッシュのコンピュータグラフィックスに関する記事
  • Microsoft の DirectX API
  • OpenGL API
  • MathWorldの行列（変換行列を含む）
  • ラスタライゼーションの実用的な実装