3DベクターグラフィックスをするGPUのアイディア

2025-12-15

自分の技術力、財力では絶対に実現できなさそうなアイディアを投げ捨てて、どこかの企業が同じものを作ったときに発明の新規性を否定して特許成立を阻止するシリーズです。前回はこ↑こ↓。

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まとめるのがめんどくさいのでGeminiにまとめてもらいました

(以下Gemini 2.5 Flashの出力より改変)

3Dベクターグラフィックス（直線、円、ベジェ曲線など）を効率よくレンダリングし、レイトレーシングにも対応するGPUの設計思想をまとめます。この設計は、アプリケーション開発者がポリゴンを意識する必要のない、解像度独立性の高いグラフィックスの実現を目指しています。

要素	特徴と目的
データ表現	シーンデータは、三角形ではなく、3D空間におけるベクタープリミティブ（直線、円錐曲線、ベジェ/NURBSパッチ）の数学的定義として保持されます。
ベクターテクスチャ	テクスチャはビットマップではなく、グラデーションやプロシージャルパターンなどのベクター形式で定義されます。これにより、任意のズームレベルで完全にシャープなテクスチャリング（解像度独立性）を保証します。
LOD/適応性	プリミティブのテッセレーション（細分化）レベルは固定ではなく、画面上での見え方や詳細度（LOD）に応じて動的に決定されます。

従来のポリゴンパイプラインと最も異なるのは、ラスター化（ピクセルへの変換）を可能な限り遅延させる点です。

ベクタープリミティブ処理ステージ (VPP):
- 入力されたベクター定義（制御点、係数など）を3D変換（モデル→クリッピング空間）します。
- 画面上の表示サイズや複雑度に基づき、動的なテッセレーション係数を計算します。
遅延ラスター化 (Vector Rasterizer):
- プリミティブは数学的定義のまま保持され、最終段階でピクセル（フラグメント）に変換されます。
- このステージで、ベクターの数学的定義に基づき、ピクセルごとの**正確なカバレッジ (α)**を計算します。
フラグメント/シェーディングステージ:
- 従来のシェーディングに加え、ベクター形式のテクスチャ定義をオンデマンドで評価し、色を生成します。
- 計算されたカバレッジ (α) を用いて、前景と背景の色をブレンドする解析的アンチエイリアシングを適用し、最高品質の滑らかな境界を実現します。

ベクターの数学的定義を保持していることは、レイトレーシング（RT）において大きな利点となります。

正確な交差判定: RTコアは、レイと数学的に定義されたベクタープリミティブ（パッチ、二次曲面など）との交差判定を直接実行します。これにより、ポリゴン近似による誤差がなくなり、真の曲面に対する高精度な反射・屈折・影の計算が可能です。
専用ハードウェア:
- Ray-Primitive Intersection Unit: 高速なレイ・ベクター交差計算（特にベジェ曲面における数値解法）を担当します。
- 加速構造 (BVH) の最適化: 大量の三角形ではなく、少数の高レベルなベクタープリミティブに対して加速構造を構築するため、メモリ効率とビルド速度が向上します。

項目	特性
GPGPUへの適合性	高度な浮動小数点演算を多用するため、科学シミュレーションや幾何学的な物理演算など、複雑な数値計算を伴うGPGPUタスクに極めて有利です。ただし、単純な整数演算中心の汎用タスクには、既存の汎用GPUに劣る可能性があります。
API戦略	頂点中心の従来のAPI (OpenGL/DirectX) とは相性が悪いため、GPUの機能を最大限に引き出すために独自のネイティブAPI（ベクタープリミティブを直接扱う）の提供が推奨されます。既存のAPIとの互換性は、ドライバー層での変換レイヤーやVulkan/DXRの拡張機能として実現されます。

この設計により、従来のポリゴンベースの制約から解放され、CAD、高精度なシミュレーション、解像度独立のUIなど、幅広い分野で大きなメリットが期待できます。

やる気になったら自分で書き足します。

以上。