グラフィカル革命 — 光の合図から画面の光へ

2. ピクセルとフレームバッファ — 画面の点をビットで描く

前セクションの終わりに出てきた「画面用のメモリに直接書き込む」という発想を、今度は仕組みの側から見る。ラスタディスプレイの画面は、ピクセル（画素）と呼ばれる点の長方形配列である。メモリのブロックが画面専用に割り当てられ、そのブロックの中のビットが1つ1つのピクセルに対応する——これがフレームバッファである。1ピクセルに何ビット割り当てるかで表現できる色の数が決まり、その関係は「色数 = 2の（ピクセルあたりビット数）乗」という単純な式で書ける。第4講で確かめた「nビットで2のn乗通りを区別できる」という考え方が、ここでは色という文脈に応用されているだけである。ピクセルの配列で表すラスタと、直線・曲線を計算式で表すベクトルの使い分けもここで押さえる。

ラスタディスプレイの画面は、ピクセル（画素）と呼ばれる 点の長方形配列である。コンピュータのメモリのうち一定のブロックが画面専用に割り当てられ、その ブロックの中のビットが、1つ1つのピクセルに対応する。この画面専用のメモリ領域が フレームバッファである。

1つのピクセルに何ビット割り当てるかを色深度と呼び、表現できる色の数は次の 式で決まる。

色数 = 2 の（ピクセルあたりビット数）乗

1ビットなら2の1乗で2色、つまり白と黒だけ。3ビットなら2の3乗で8色。2バイト（16ビット）まで 増やせばハイカラー、3バイト（24ビット）ならフルカラーと呼ばれ、1677万色を超える。これは 第4講「ビットの正体」で確かめた 「nビットで2のn乗通りを区別できる」という考え方が、そのまま色という文脈に応用されているだけ である。

大事なのは、フレームバッファに並んでいるものが、それ自体としては色でも絵でもないという点だ。 そこにあるのはただの数値の列である。ディスプレイという文脈がその数値を色として 解釈して、初めて画面に絵が現れる。第4講の結論——ビットの意味は文脈に依存する——が、ここでも そのまま成り立っている。

画面に描く方式は、ラスタだけではない。ベクトルディスプレイは、電子銃で直線や 曲線を直接なぞって描く。この方式の画面に対しては、ライトペンという装置が使える。 名前に反してライトペンは光を出すのではなく、光を検知する装置で、電子銃のビームが 自分のところを通過したタイミングから、画面上のどこを指しているかを判定する。

画像の保存形式としても、ピクセルの配列で表すラスタ（ビットマップ）と、直線・ 曲線を計算式で表すベクトルグラフィクスの使い分けがある。橋の設計図のような 幾何学的な図形は、数式で正確に表せるベクトルが向く。実際に架かっている橋を撮った写真は複雑 すぎて数式では表しきれないので、ラスタが向く。

上の図の対応関係を、今度は自分の手で確かめよう。ピクセルをタップして白黒を反転させると、 そのピクセルに対応するフレームバッファのビットが即座に書き換わる。8×8のグリッドでは ちょうど1行が1バイトにあたるので、画面に描いた絵がメモリの上ではただの0と1の列に なっていることを観察できる。

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3. マウスとGUIの誕生 — Xerox PARCからMac/Windowsへ

画面にピクセルを書き込めるようになっても、それだけでは人間はコンピュータに近づけない。画面上のものを指し示す手段が要る。ダグラス・エンゲルバートは1945年にブッシュの記事を読んだことをきっかけに入力装置を根本から考え直し、ホイールとボタンの付いた小さな装置——マウスを生み出した。アイヴァン・サザランドが1963年に発表したSketchpadは、MITリンカーン研究所のTX-2というコンピュータの上で、ライトペンによって画面に絵を描き、それを保存できるようにした。そして1970年に開設されたゼロックスPARCで、アラン・ケイらの手によってAltoが生まれる。複数のプログラムがそれぞれのウィンドウに入り、ボタン・メニュー・アイコンをマウスで操作する——GUI（グイ）の誕生である。Altoは販売されなかったが、10年以上を経てMacintoshとして消費者の手に届き、続いてウィンドウズ戦争が始まった。

画面にピクセルを書き込めるようになっても、それだけでは足りない。画面上のものを人間が指し示す 手段が要る。ダグラス・エンゲルバートは、1945年にブッシュの記事を読んだことを きっかけに、入力装置そのものを根本から考え直す仕事を始めた。そこから生まれたのが、ホイールと ボタンの付いた小さな装置——マウスである。

画面を対話的なキャンバスとして扱うという発想の先駆けは、それより少し前にあった。 アイヴァン・サザランドが1963年に発表したSketchpadは、 MITリンカーン研究所のTX-2というコンピュータの上で動き、ライトペンによって 画面に画像を描いたり変更したりでき、その画像をメモリに保存できた。

1970年に開設されたゼロックスPARCには、アラン・ケイをはじめとする対話型 グラフィカルコンピューティングの先駆者たちが集まった。彼らが1972年から73年にかけて作り上げた Altoでは、複数のプログラムがそれぞれのウィンドウに入り、ボタン・メニュー・ アイコンといったグラフィカルなオブジェクトをマウスで操作できた。この一式が、後に GUI（グイ）——グラフィカルユーザーインタフェース——と呼ばれるものの始まりである。

Altoは製品として販売されなかった。その仕組みが消費者の手に届くまでには10年以上かかっている。 1979年にPARCを訪れたスティーブ・ジョブズらが影響を受け、1983年のアップルLisaは商業的に振るわ なかったが、翌1984年のMacintoshが成功する。初代Macintoshのハードウェアは エレガントではあっても革命的ではなかった。革命的だったのは、Mac OSという グラフィカルなオペレーティングシステムの方である。

グラフィカルOSは、テキストベースのOSとは要求される規模がまるで違う。MS-DOSのようなOSが提供 すべきなのは、主にファイルシステムを使うための少数の単純なAPI関数だった。対してグラフィカルOSは、 線・長方形・楕円、さまざまな字体の書式付きテキストといった「絵」を描くための、何百もの API関数を用意しなければならない。この時期に生まれた言葉がWYSIWYG（ウィズィウィグ） ——What You See Is What You Get、画面に見えているものと印刷結果がほぼ同じに見えるという性質である。

1985年にはGEM・VisiOn・Windows 1.0が相次いで発売され、いわゆるウィンドウズ戦争が始まる。 Windowsが多数のユーザーを引きつけるのは、1990年のWindows 3.0以降のことになる。

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4. 光の合図、めぐりめぐって — シリーズの締めくくり

第25章は、電気による信号伝達よりも効率のよい媒体として、光ファイバーを通る光——光子を挙げて幕を閉じる。ガラスや高分子でできた細い管の中を、光は角を曲がりながら進み、電気信号よりはるかに速くデータを運ぶ。だが突き詰めれば、そこを流れているのは点いたり消えたりする2つの状態の合図でしかない。それは第1講で、懐中電灯の点滅と点字の凸凹と電気回路のオン/オフが同じ1つのことの言い換えだと確かめた、あの出発点そのものである。このセクションでは、全18講を貫いてきた一貫したテーマを振り返り、シリーズを閉じる。

第25章の最後で、話は情報を運ぶ媒体そのものに向かう。電気による信号伝達よりも 効率のよい方法として挙げられるのが、光ファイバーを通る光——光子である。ガラスや 高分子でできた細い管の中を、光は角を曲がりながら進んでいき、電気信号よりはるかに高速に データを運ぶ。

だが、その細い管の中を流れているものを突き詰めれば、点いたり消えたりする 2つの状態の合図でしかない。運び手が電子から光子に変わり、速度が桁違いに なっただけで、「オンとオフを並べて意味を作る」という骨格そのものは、モールス符号の短点と 長点を並べていた頃から何ひとつ変わっていない。

それは第1講「コードで世界を伝える」で確かめた ことそのものである。懐中電灯の点滅、点字の凸と平、電気回路のオン/オフ——形はまったく違うのに、 どれも同じ1つのこと、すなわち2つの状態で情報を表すという仕組みの言い換えに すぎなかった。光ファイバーの光も、速度と媒体が変わっただけで、そこは何も変わっていない。

第1講の組み合わせ論と懐中電灯の電気回路から始まり、ビット（第4講）、論理とゲート（第5〜6講）、 算術回路（第7講）、記憶とメモリ（第8〜9講）、自動化・技術史・CPU（第10〜12講）、文字コード・ バス・OS（第13〜15講）、数値表現と言語（第16〜17講）を経て、本講のGUIとピクセルにたどり着いた。 その全過程がやっていたのは、単純な「2つの状態」の組み合わせを、段階的に積み上げていく ことだけである。どんなに複雑に見える仕組みも、分解していけば必ずそこへ戻る——それが、この シリーズ全18講を貫いてきた一貫したテーマだった。

ここでシリーズは幕を閉じる。出発点の懐中電灯に戻ってきたところで、もう一度第1講から読み直すと、 同じ内容がまったく違って見えるはずである。全18講、おつかれさまでした。

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