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コンピュータサイエンスにおいて、4D ベクトルは 4 つの要素を持つベクトル データ型です。コンピュータグラフィックスにおける3 次元空間の同次座標や、色とアルファ チャネルを持つビットマップ画像の赤、緑、青、アルファ( RGBA ) 値 (コンピュータグラフィックスで広く使用されている) などに使用されます。定義する代数は異なりますが、 4 元数(回転に便利)を表すこともできます。
コンピュータハードウェアのサポート
一部のマイクロプロセッサは、 4レーンの 単一命令複数データ（SIMD ）命令を扱う命令を備えた4Dベクトルのハードウェアサポートを備えており、通常は128ビットのデータパスと32ビットの浮動小数点フィールドを備えています。[1]
特定の命令（例えば、4要素ドット積）は、128ビットレジスタ1つを使用して4Dベクトルを表現することを可能にする。例えば、時系列順に、日立SH4、PowerPC VMX128拡張、[2]、Intel x86 SSE4。[3]
一部の4要素ベクトルエンジン（PS2ベクトルユニットなど）は、コンポーネントを乗算ソースとしてブロードキャストする機能とクロス積のサポートをさらに進化させました。[4] [5] 以前の世代のグラフィックスプロセッシングユニット（GPU）シェーダパイプラインでは、同様の操作に合わせて調整された非常に長い命令語（VLIW）命令セットが使用されていました。
ソフトウェアサポート
4D ベクトルの SIMD の使用は、4×4 行列のサポートとともに、ビデオ ゲーム開発 でよく使用されるベクトル数学ライブラリ(通常はCまたはC++で実装) [6] [7] [8]に便利にラップできます。これらは、任意のサイズの行列に焦点を当てた他のドメインのより一般的な線形代数ライブラリとは異なります。このようなライブラリは、プラットフォームごとの固有関数の実装によって算術演算が SIMD 操作に効率的にマッピングされ、4D にパディングされた 3D ベクトルや 3D データを 4D レジスタにロードすることをサポートする場合があります。4 要素レジスタを利用できることを考えると、 AOS アプローチと SOAアプローチのどちらかを選択できますが、SIMD 命令は通常、同種データ向けに調整されます。
グラフィックス プロセッシング ユニット(GPU) プログラミング用のシェーディング言語には通常、4D データ型 (2D、3D と共に) があり、xyzw アクセサには順列やスウィズルアクセスが含まれます。これにより、RGBA または ARGB 形式を簡単に入れ替えたり、1 つの 4D ベクトルにパックされた 2 つの 2D ベクトルにアクセスしたりできます。[9]最近の GPU は、スカラーの単一命令複数スレッド(SIMT) パイプラインに移行しましたが (グラフィックス プロセッシング ユニット (GPGPU) での汎用コンピューティングの効率性向上のため)、このプログラミング モデルは引き続きサポートされています。[10]
参照
参考文献
- ^ 「intel SSE 組み込み関数」。
- ^ 「すべてをまとめる: XBox 360 ゲーム コンソールの構造 (VMX128 ドット積を参照)」(PDF)。
- ^ 「intel SSE4 ドット積」。
- ^ 「VU0 ユーザーマニュアル」（PDF）。
- ^ 「プレイステーション 2 を科学計算に使用する実現可能性調査」(PDF)。
- ^ “sce vectormath”. GitHub . 2022年4月19日.
- ^ 「GLM（ベクトル数学ライブラリ）」。
- ^ 「Microsoft DirectX Maths」。
- ^ 「GLSL データ型とスウィズリング」。
- ^ 「AMD グラフィック コア ネクスト」。