グラフィックスパイプライン
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3Dコンピュータグラフィックスでは、グラフィックスパイプラインもし くはレンダリングパイプラインという用語が、普及品のグラフィックス ハードウェアによってサポートされているラスタライズベースにレンダリング する描画方法を指し示すものとして、よく参照される。グラフィックスパイプ ラインは入力となる３次元の描画データから出力として２次元のラスタイメー ジを得る方法として、一般的に受け入れられている。OpenGLと Direct3Dは２大グラフィックスパイプラインとして広く産業界の標準とし て受け入れられている。
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[編集] グラフィックスパイプラインのステージ
[編集] モデリング変換
このステージでは３次元座標を入力して３次元ワールド空間として知られてい る座標に変換する。つまり、３次元空間内での回転と変形である。これは拡大 縮小と回転のようなローカルなオブジェクト空間上での基本的な座標変換も含 む。
[編集] 頂点ライティング
完全な３次元シーンでの座標は光源の場所と反射率、表面の特性によって定義 されるものによって照らされる。現在のグラフィックスパイプラインを実装し たハードウェアでは、レンダリングされたポリゴンの垂直方向にのみ照明を計 算している。頂点間の照明の値はラスタライズの間に補間される。 Per-fragment(いわゆるPer-pixel)ライティングは現在のグラフィックスハード ウェアでは、シェーダプログラムと呼ばれるものにより、ラスタライズ後に処 理される。
[編集] 視点変換
物体は３次元のワールド空間座標から３次元の仮想カメラの位置と方向を元に した３次元座標系に変換される。この結果、元の３次元シーンはカメラの視点 から見たものになる。この座標系は視空間ないしカメラ空間と定義される。
[編集] 投影変換
グラフィックスパイプラインのこのステージでは、座標はカメラにレンダリング された視空間から、2次元の画像空間に変換され、仮想カメラから見た平面に3次 元シーンとしてマッピングされる。
[編集] クリッピング
視錐体の外にはみ出した座標は、この段階で不可視にされ捨てられる。クリッピ ングは正しい画像イメージを出力するのには特に必要なものではないが、不必要 なラスタライズと見えない物体に対する後処理を削減することで、レンダリング 処理を高速化する。
[編集] ラスタライゼーション
ラスタライゼーションは描画シーンをラスターフォーマットに変換して、2次元 画像空間に表現する処理である。これにより、正しいピクセル値が決定される。
[編集] テクスチャとフラグメントシェーディング
パイプラインのこのステージでは、独立したフラグメント(ないしはピクセル毎) にラスタライズの間に頂点からないしメモリ上のテクスチャから補間した値を基 にして色を割り当てる。
[編集] 表示
最終的に色がついたピクセルがコンピュータモニタやその他の表示装置に表示される。
[編集] ハードウェア内のグラフィックスパイプライン
レンダリングパイプラインは現在のグラフィックスアクセラレータハードウェア、 つまりグラフィックスカード(GPU)に頂点形式でデータを入力するものにマッピ ングされている。これらの頂点は、変形され頂点単位でのライティングが行われ る。現在のGPUのパイプラインでは、この点でユーザーがカスタマイズできるバ ーテックスシェーダプログラムを使うことでラスタライズよりも優先して3次元 頂点を操作することができる。一旦変形とライティングを行うと、頂点はクリッ ピングとラスタライズを経てフラグメントになる。2番目のカスタム可能なシェ ーダプログラムは、それぞれのフラグメントを最終的なピクセル値として ディスプレイのフレームバッファに出力する前に実行できる。
グラフィックスパイプラインはレンダリング処理に非常に適合している。なぜな ら、この概念により、すべての頂点とフラグメントは独立したものと考えること ができ、GPUはストリームプロセッサと見ることができるからである。この方法 でパイプを通して処理することで、異なる頂点とフラグメントを同時にすべての ステージで実行することが可能になる。このように処理が独立していることから、 グラフィックスプロセッサは並列処理ユニットを使って複数の頂点ないしフラグ メントを一つのステージ内で同時に処理することができる。
