平面（コンピュータグラフィックス）

コンピュータ グラフィックスにおいて、プレーナとは、ピクセルデータをRAMの複数のビットプレーンに配置する方法です。ビットプレーン内の各ビットは、画面上の 1 つのピクセルに関連付けられます。パック、ハイカラー、またはトゥルー カラーグラフィックスとは異なり、個々のピクセルのデータセット全体は RAM 内の特定の 1 つの場所にあるのではなく、ディスプレイを構成するビットプレーン全体に分散されています。プレーナ配置は、ピクセル データがメモリ内でどのようにレイアウトされるかを決定するものであり、ピクセルのデータがどのように解釈されるかを決定するものではありません。プレーナ配置のピクセル データは、インデックス付きカラーまたは直接カラーのいずれかをエンコードできます。

この方式はコンピュータグラフィックスの初期の頃に生まれた。この時代のメモリチップは、大きなフレームバッファからテレビ画面やモニタに画像を生成するのに十分な速度でデータを供給できなかった。^[1]データを複数のプレーンに分割することで、各プレーンを別々のメモリチップに格納できる。これらのチップは、低速で並列に読み取ることができるため、第3世代および第4世代のゲームコンソールや80年代の家庭用コンピュータなどの控えめなハードウェアでもグラフィック表示が可能になる。初期のIBM PCコンピュータのEGAビデオアダプタは、このためカラーグラフィックモードで平面配置を使用している。後のVGAには、より便利なアクセスのためにメモリ効率を犠牲にする非平面モードが1つ含まれている。^[2]

平面ディスプレイを備えたゲーム機としては、セガのマスターシステムやゲームギア、任天堂のNES / SNES、PCエンジンなどがある。^[3]

イギリスの 8 ビットBBC Micro には、平面ピクセル配置の要素が部分的に含まれています。スロバキアの PP 01 には、256 x 256 ピクセルの解像度を持つ 24 KB プレーンベースの 8 色グラフィック モードが含まれています。80年代と 90 年代の 16 ビットAtari STおよびAmigaプラットフォームは、強力なブリッターとともに平面グラフィック構成のみに基づいていました。Amiga のOCS グラフィック チップセットは5 つのビットプレーンで動作し、1 ピクセルあたり 2^5=32 色が可能です。一方、 AGA チップセットを搭載した後期モデルは、8 つのビットプレーン (2^8=256 色) を処理できます。

シンクレア（アムストラッド）ZXスペクトラムコンピュータファミリーおよび互換システム向けに、HGFXというグラフィックス拡張機能が2019年に開発されました。2022年にFPGAベースのハードウェアに実装されました。HGFXは、元のZXスペクトラムシステムと互換性のあるメモリ構成を可能にしながら、元のビデオRAMの6144バイトしか占有しません。さらに、2つのビデオバッファ、256のインデックス付きカラー、トゥルーカラーパレット、およびHDMI出力を提供します。HGFXは8つのビットプレーンで動作します。^[4]現在、eLeMeNt ZXコンピュータの一部として実装されています。^[5]

1 ピクセルあたり4ビットでRGBIパレットを備えた大型ディスプレイでは、各バイトが 2 つのピクセルを表し、各ピクセルで 16 種類の色を使用できます。連続する 4 つのピクセルは、次のように連続する 2 つのバイトに格納されます。

一方、平面方式では 2 つのビットプレーンを使用して 4 色の表示が可能です。8 つのピクセルはメモリ内に 2 バイトとして非連続に保存されます。

平面の例では、2 バイトで 4 色の 8 ピクセルを表しますが、パックされたピクセルの例では 2 バイトを使用して、より少ないピクセル数でより多くの色を表します。平面を追加すると、より多くのメモリが必要になりますが、使用可能な色数が増えます。たとえば、4 つの平面を使用すると、2 ⁴ =16 色が使用可能になりますが、8 ピクセルを表すのに 4 バイトが必要になります (メモリ使用量と使用可能な色の点では、パックされた配置の例と同等になります)。

平面配置は、2 の累乗ではないビット深度で、パック配置よりも空間と時間の効率性を提供します。例として、8 色を許可する 3 bpp を考えてみましょう。平面配置では、これには 3 つのプレーンだけが必要です。パック配置では、正確に 3 bpp をサポートするには、ピクセルがバイト境界を越えることを許可するか (ピクセルのアドレス指定とアンパックが複雑になるため、時間コストが発生します)、パディング (各バイトに 2 つのピクセルが格納され、2 つの未使用ビットがあるため、空間コストが発生します) が必要になります。歴史的に、これがパック ピクセルがバイトに均等に収まるビット深度を使用する 1 つの理由です (必ずしも主な理由ではありませんが)。

平面配置により、ビット深度の切り替えが高速化されます。平面が追加または破棄され、(色がインデックス付けされている場合) パレットが拡張または切り捨てられます。その結果、古いソフトウェアにほとんど影響を与えずに、より高いビット深度のサポートを追加できます。ビット深度の切り替えが簡単なため、異なるビット深度の要素を簡単に一緒に使用することもできます。

平面配置の欠点は、スクロールやアニメーションにより多くの RAM アドレス サイクルが必要になることです。

• パックされたピクセル
• Amiga グラフィックス チップセット ロードマップ