ベクタースキャン

ベクタースキャンとは

ベクタースキャン（vector scan）は、別名ランダムスキャンとも呼ばれ、図形を線で描画する方式です。この方式では、画面全体を走査するラスタースキャンとは異なり、輝点を図形の形状に沿って動かすことで線や点を直接描画します。オシロスコープと同様の原理で、電子ビームやレーザー光を制御し、必要な部分だけを描画するため、効率的な描画が可能です。

ベクタースキャンの原理

ベクタースキャンは、オシロスコープをX-Yモードで使用するのと似た原理で動作します。電子ビームやレーザー光の輝点を、描画したい線の始点から終点まで移動させることで、直接線を描きます。この動作は、オシロスコープにおける掃引（スウィープ）に相当します。ベクタースキャンでは、描画する線分の座標データに基づき、電子ビームやレーザー光を制御し、図形を生成します。

ベクタースキャンには、リフレッシュ方式と蓄積管方式の二種類があります。リフレッシュ方式では、一定時間ごとに画面を再描画します。一方、蓄積管方式では、一度描画した線は光り続け、画面全体を消去するまで表示されます。蓄積管は、一度表示したものを個別に消すことはできず、全画面を同時に消去する必要があります。

ベクタースキャンの描画は、「点」と「線」のみに限られます。複雑な図形や塗りつぶしには向きませんが、簡単な図形、文字、円や曲線などの描画には適しています。特に、文字は線で描画されるため、ラスタースキャンに比べて歪みが生じることがあります。

ベクタースキャンの歴史

ベクタースキャンディスプレイは、初期のコンピュータシステムであるWhirlwindやSAGEで開発されました。初期のベクタースキャンディスプレイは、オシロスコープと同様の原理で動作し、偏向板で電子ビームを制御していました。コンピュータから送られるベクトルデータに基づき、図形やグラフを表示していました。この技術は「ベクター・グラフィック・ディスプレイ」とも呼ばれていました。

1963年には、マサチューセッツ工科大学のアイバン・サザランドが、ベクターグラフィックディスプレイを使用したCADプログラム「Sketchpad」を開発しました。初期のベクタースキャンディスプレイは、仮想的な格子点を用いて線を描画していましたが、半導体メモリの低価格化に伴い、格子点に対応するメモリにベクトルデータを記憶し、表示する方式へと進化しました。

富士通は、1969年にグラフィックディスプレイF6233を開発し、ロケット設計や列車ダイヤ編成などに利用されました。その後も、様々なベクタースキャンディスプレイが開発され、先端科学技術分野から商業分野へと応用が広がりました。1970年代には、テクトロニクス社のグラフィックディスプレイが広く評価され、それに対抗して富士通も高性能な製品を開発しました。1980年代には、CADシステムの普及に伴い、IBM仕様のベクタースキャンディスプレイが求められるようになりました。

ラスタースキャンとの比較

ベクタースキャンは、ラスタースキャンと比較して、以下のような長所と短所があります。

長所:

省メモリ: 描画データが座標点のみであるため、ラスタースキャンに比べて必要なメモリ容量が少なくて済みます。
拡大・縮小の容易さ: キャラクタを輪郭線のみで表現できるため、拡大・縮小が容易です。
高精細: 線や点が細かく、特にモノクロモニタではジャギーのない滑らかな画像が得られます。
輝度調整: 走査線の輝度や描画速度を調整することで、高輝度表示や特殊効果を実現できます。
破壊表現: ゲームなどでキャラクターが破壊される際に、線がバラバラに散らばる演出が可能です。

短所:

単純な図形描写: 複雑な図形や塗りつぶしには不向きです。
低速描画: 走査線の描画速度がラスタースキャンよりも遅いため、多数のキャラクタを表示できません。
線の太さ: 線の太さが固定で、視覚的な太さは輝度に依存します。
初期は白黒: カラー表示が難しく、当初は白黒表示しかできませんでした。
専用モニタ: 表示には専用のモニタが必要で、ラスタースキャンモニタとの互換性がありません。

ベクタースキャンとコンピュータゲーム

ベクタースキャンは、アーケードゲームを中心に、コンピュータゲームでも利用されてきました。特に1970年代から1980年代にかけて、ベクタースキャンを採用した独特のゲームが数多く登場しました。

ゲーム史において重要な人物として、ラリー・ローゼンタールが挙げられます。彼は、マサチューセッツ工科大学でベクタースキャン技術を研究し、アーケードゲームに応用しました。シネマトロニクス社が開発した「スペースウォーズ」は、ベクタースキャンゲームの先駆けとして大ヒットしました。その後、多くのゲームメーカーがベクタースキャンゲームを開発しましたが、ローゼンタールの特許料の問題や、ラスタースキャン技術の発展により、ベクタースキャンゲームは徐々に姿を消していきました。

現在では、ラスタースキャン技術の進歩により、家庭用ゲーム機やMAMEなどで当時のベクタースキャンゲームをエミュレートして楽しむことができますが、物理的な制約から、オリジナルとは異なる描画となっています。

代表的なベクタースキャンゲーム

以下に、代表的なベクタースキャンゲームをいくつか紹介します。

アタリ: ルナーランダー、アステロイド、バトルゾーン、スターウォーズ、メジャーハボック
シネマトロニクス: スペースウォーズ、スターホーク、アーモアアタック
セガ・グレムリン: スペースフューリー、エリミネイター、スタートレック
その他: オメガレース、アズタラック

これらのゲームは、ベクタースキャンならではの独特の描画表現で、多くのゲームファンを魅了しました。

レーザー方式のベクタースキャン

レーザーを用いたベクタースキャン装置も存在します。レーザー光の点を振り動かして図形を描画する方式で、イベントなどで使用されています。


ベクタースキャン技術は、過去の技術となりつつありますが、その独特の描画表現は、今でも多くのファンに愛されています。

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