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ベクターモニター、ベクターディスプレイ、またはカリグラフィディスプレイは、1970年代までコンピュータグラフィックスに使用されていた表示装置です。これは、初期のオシロスコープに似たCRTの一種です。ベクターディスプレイでは、画像はラスターグラフィックスのように光るピクセルのグリッドではなく、描画された線で構成されています。電子ビームは任意の経路をたどり、すべての画像で同じ水平ラスターパスをたどるのではなく、接続された傾斜線をトレースします。ビームは画像の暗い領域をスキップし、その点には到達しません。
リフレッシュ方式のベクトルディスプレイの中には、通常の蛍光体を使用しているため、画像が急速に劣化し、安定した画像を表示するために毎秒 30～40 回の更新が必要となるものがあります。Imlac PDS-1などのこれらのディスプレイは、ベクトルエンドポイントデータを保持するためにローカルリフレッシュメモリを必要とします。一方、人気の高いTektronix 4010などのストレージ方式のチューブディスプレイは、数分間発光し続ける特殊な蛍光体を使用しています。ストレージ方式のディスプレイはローカルメモリを必要としません。1970 年代には、メガピクセルコンピュータメモリがまだ非常に高価だったため、両タイプのベクトルディスプレイはビットマップラスターグラフィックスディスプレイよりもはるかに安価でした。今日では、ラスターディスプレイがベクトルディスプレイのほぼすべての用途に取って代わっています。
ベクターディスプレイは、特に白黒ディスプレイでは、エイリアシングやピクセル化といった表示アーティファクトの影響を受けません。カラーディスプレイは離散的な性質のため、多少のアーティファクトが残りますが、形状の輪郭しか表示できません（ただし、高度なベクターシステムでは、限られた量の陰影を表示できます）。テキストは短いストロークで粗く描画されます。リフレッシュベクターディスプレイは、リフレッシュのちらつきなしに表示できる行数やテキスト量に制限があります。不規則なビームの動きは、ラスターディスプレイの定常ビームの動きよりも遅くなります。ビームの偏向は通常、磁気コイルによって駆動され、これらのコイルは電流の急激な変化に抵抗します。
ベクトル表示は、ジョナサン・ゼネックがブラウン陰極線管を用いて最初に発明した。彼のソリューションは、2つの偏向フードと管内部の高出力陰極を用いて基本波形を生成し、連続的に掃引される画像を生成することができた。[ 1 ]この装置は初期の無線技術者によって利用されたが、ジョン・バートランド・ジョンソンがホットカソードを導入して装置の電圧要件を大幅に低減するまでは実用的ではなかった。その後、陰極線オシログラフが商品化され、現代のオシロスコープの基礎となった。[ 2 ]
オシロスコープは、電気技師が物理的な力をマッピングするために使用したり、録音技師が人間の声の性質を理解するために使用したりしました。[ 3 ]また、複雑な力を視覚化するために、高度な電子アナログコンピュータに頻繁に追加されるようになりました。最初のレーダーシステムは、ベクトルグラフィックオシロスコープを使用して航空機の位置をマッピングしました。
コンピュータにおけるベクターグラフィックスは、マサチューセッツ工科大学リンカーン研究所が構築したWhirlwindシステムで初めて登場しました。オシロスコープ管を利用したWhirlwindディスプレイは、空中軌道の複雑な読み取り値を生成することができ、また、最初のグラフィックデモであるBouncing Ball（1951年）のホストでもありました。1956年には、Whirlwindシステムに最初のライトペンが実装されました。これらの技術はその後、 1958年に本格的に稼働した先進的な米国のSAGE防空システムの基礎となりました。[ 4 ]
1963年、MITのイヴァン・サザーランドは、先駆的なCADプログラムであるSketchpadに初めてベクターグラフィックディスプレイを採用した。1968年、彼と彼のチームは再びベクターモニターを用いて3Dモデルのワイヤーフレーム画像を表示した。この時のディスプレイはヘッドマウント式だった。明らかに重いこのシステムは、「ダモクレスの剣」と呼ばれる支持アーム構造によって支えられていた。このシステムは、コンピュータベースの仮想現実としては最初のものとして広く認識されている。イヴァン・サザーランドは後に、ハイエンドのベクターディスプレイやフライトシミュレーターを製造するエヴァンス＆サザーランド社を共同設立した。
1970年、イギリスのファーンボロー航空ショーで、スペリー・ジャイロスコープ社（イングランド、ブラクネル）は、イギリス企業としては初となるベクターグラフィックビデオディスプレイを展示した。これは、スペリー社のジョン・アトキンスが設計した特殊な電子回路を備えたアナログモノクロディスプレイで、2組の座標間のベクトルを画面上に描画することができた。ファーンボローでは、このディスプレイは新型軍用コンピュータ「スペリー1412」の性能を実証するために使用された。3次元のどの方向にも速度制御可能なワイヤーフレームの回転立方体をリアルタイムで描画するソフトウェアが実演された。このデモンストレーションにより、スペリー1412コンピュータへの関心が高まり、その後1972年から1992年にかけて、フランス海軍とイギリス海軍の数々の主要プロジェクトの中核を担うことになった。
ベクターディスプレイの中でも特筆すべきは、直視型ストレージCRTを採用したテクトロニクスの大型コンピュータ端末である。（このCRTは少なくとも1つのフラッドガンと、単純な蛍光体よりも原理的に複雑な特殊な表示画面を備えている。）しかし、この永久的な画像は容易に変更できない。エッチ・ア・スケッチのように、削除や移動を行うには、画面全体を明るい緑色のフラッシュで消去し、その後ゆっくりと画像全体を再描画する必要がある。このタイプのモニターでアニメーションを作成するのは実用的ではない。
ベクトル表示器は、電子ビームを蛍光体上をよりゆっくりと移動させることで、より明るい表示を実現できるため、戦闘機のヘッドアップディスプレイに採用された。明るさは、直射日光下でもパイロットがディスプレイをはっきりと視認できる必要があったため、非常に重要だった。
ベクターモニターは、1970年代後半から1980年代半ばにかけてのアーケードゲーム、例えばアーマーアタック、アステロイド、オメガレース、テンペスト、スターウォーズ[ 5 ]や、家庭用ビデオゲーム機Vectrexでも使用されました。
ヒューレット・パッカードは一連の大型XY（ベクトル）ディスプレイを製造し、その最初の製品は20MHz、 8×10インチのモデル1300であった。このCRTは、内部に特殊な形状の非常に細かいメッシュを備え、低電位で動作し、銃口の偏向板の後方に配置されていた。このメッシュと、CRTファンネル内部で最終加速電位まで充電された別の導電性コーティングとの間の17KVの静電場は、電子ビームを軸方向と半径方向に加速し、可能な画像サイズを17.75インチ長のCRTの8x10インチのスクリーンを覆うように拡大した。メッシュがなければ、8x10インチのCRTはほぼ3倍の長さにならなければならなかっただろう。[ 6 ]拡張メッシュ技術は、1960年代初頭に、高加速電圧で動作する小型高輝度CRTで偏向板を高周波で駆動する必要性から開発された[ 7 ]。これは、当時新しかったトランジスタ技術が低電圧に制限されていたためである。はるかに大きく効率の悪い真空管静電偏向増幅器は、数百ボルトで動作できた。
エバンス＆サザーランド社製のデジスタープラネタリウム投影システムは、元々は星とワイヤーフレームグラフィックの両方をレンダリングできるベクターディスプレイでした。後のバージョンでは高解像度のラスター投影を使用していますが、ベクターベースのデジスターとデジスターIIは多くのプラネタリウムに設置され、現在でも稼働しているものもあるかもしれません。[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]デジスターのプロトタイプは、映画『スター・トレックII カーンの逆襲』の3D星空をレンダリングするために使用されました。別のE&SベクターディスプレイであるピクチャーシステムIIも、この映画で使用された可能性があります。[ 11 ]
ベクトルモニターの中には、一般的なシャドウマスクRGB CRTまたは2つの蛍光体層（いわゆる「透過型カラー」）を使用して、複数の色を表示できるものがあります。透過型チューブでは、電子ビームの強度を制御することで、電子をどちらか一方または両方の蛍光体層に到達させて（そして照射して）発光させることができ、通常は緑、オレンジ、または赤のいずれかの色を選択できます。テクトロニクスは数年間、透過型CRTを使用したカラーオシロスコープを製造していましたが、需要は低迷しました。
アタリは、自社のビデオアーケードゲームで使用されているシャドウマスクバージョンを説明するためにカラークアドラスキャンという用語を使用した。 [ 12 ] [ 13 ]
一部のモノクロベクトルディスプレイは、 Vectrex 3Dイメージャーなどの周辺機器を使用することでカラー表示が可能だった。