どうして３Ｄ画像の計算にグラフィックアクセラレータが必要か？（ハードウェアの観点から）←初心者

質問

グラフィックを専門とする方に教えて頂きたいことがあります。
自分はGPGPUを研究分野にしようとしている学生です。GPUは多数の浮動小数点（単精度）ユニットから構成されていることは周知の事実だと思います。
教えて頂きたいのは、GPU上ではグラフィック処理のどの部分を計算させて高速化しているのか、ということです。
本やネット等で少し勉強したところによると、

１．３Ｄグラフィックに必要なポリゴンの頂点計算（平行移動、回転等）について
(1)この計算は行列が主なので計算量が多い。しかし、行列は並列演算できるので、多数の演算ユニットを持つＧＰＵを用いて高速化できる。
(2)物体Ａ、物体Ｂというようにそれぞれの物体は基本的には独立に計算できることが多いので、並列計算させると高速化できる。
(3)３Ｄグラフィックを計算するには座標が整数値だと荒すぎるので、座標を小数点単位まで指定することで美しい画像を表現する。

２．ポリゴンに貼り付けるテクスチャの計算も、浮動少数点ユニットを使うために0～255の整数値ＲＧＢの値を0.0～1.0の少数値に変換して計算している。また、色の計算も基本的にＲＧＢの組合せなので独立に計算できるから、ＧＰＵを用いると高速に計算できる。

以上、１と２の理由から、"多数の"、かつ、"浮動少数点"計算ユニットを持つアクセラレータが必要。従って、頂点計算も色（テクスチャ）の計算も全てＧＰＵ上で行なっているのではないか
というように理解、推測しています。
しかし、色の計算はＣＰＵ上で行なって、頂点の計算のみＧＰＵ上で行なう、ということもあるような気がします。

いずれにしろ、初心者が予想できる範囲で述べてみました。多分ヘンなことを多数言っていると思うので、ご指摘いただけると有難いです。以上の点について（できればハードウェア寄りで）知識のある方がいれば、ご指摘並びに、御教授頂けると幸いです。

よろしくお願いいたします。

回答No.2

salvager · ベストアンサー

専門家では無いので、参考程度に。
3D計算にGPUを使用するのは、GPUの命令ユニットがシンプルであることも一因だと思います。故に単純計算の大量処理が可能であり、CPUで行おうとすると、(命令)手順が複雑になり処理が追いつかなくなることがあります。
CPUとGPUの命令系統に関する記事は以下を参考に。

CPUとGPUの大きな違い：http://pc.watch.impress.co.jp/docs/2007/0326/kaigai346.htm

GPGPUでは、統合シェーダ、特にプログラマブルシェーダを利用することで実現されています。

GPUの行方とプログラマブルGPU：http://mikilab.doshisha.ac.jp/dia/research/report/2005/0909/007/report20050909007.html
CUDA技術を利用したGPUコンピューティングの実際：http://www.kumikomi.net/article/explanation/2008/12gpu1/01.html

専門用語無しに知るには、以下のサイトの記事がお勧めです。

2009年，本格始動するGPGPUの世界・前編～GPGPUって何？：http://www.4gamer.net/games/076/G007660/20090123016/

汎用計算に用いることが出来るとはいえ、GPGPUがもっとも得意とするのもグラフィックのようです。
http://www.atmarkit.co.jp/news/200803/06/cuda.html

リンクばかりでごめんなさい。
多少なりとも参考になれば幸いです。

参考URL：

http://www.nvidia.co.jp/object/cuda_home_jp.html

お礼

回答有難う御座います。非常に参考になるサイトばかりです。助かります。十分に参考にしていただきます。本当に感謝です。

回答No.1

mk48a

GPGPUというのは、GPUの機能を使って計算させるということで、３Dグラフィックスだけのものではありません。
Wikipedia-GPGPU
http://ja.wikipedia.org/wiki/GPGPU
多数の並列できる行列演算などには効果を発揮しますが、条件分岐が含まれるものについては適していません。
最近では、GPGPUを使った動画エンコードソフトや動画編集ソフトなどもあります。

お礼

早速の回答有難う御座います。
質問の記述が悪かったかもしれません。GPGPUをやっているものの、理論武装が必要なので、そもそものGPUハードウェアの構造を抑えておきたかったのです。
どういう目的でGPUはこのようなアーキテクチャ構成になっているのか、ということなのです。
大変失礼しました。