[강좌] GeForce3의 신기술 - 3. HSAA와 DirectX 8

(1) 안티알리아싱을 구현하는 일반적인 방법

안티알리아싱을 구현하는 일반적인 방법

PC 유저들이 직면하고 있는 이미지 품질의 문제점 중 중요한 하나는 바로 알리아싱, 혹은 계단현상이라는 것이다. 알리아싱은 오브젝트의 경계선이 계단처럼 보이는 현상을 지칭하며, PC 사용자들에게 있어서 대단히 괴로운 것이기도 하다. 알리아싱이 일어나는 원리와 이에 대한 자세한 설명은 마지막 페이지에서 설명될 것이다.

높은 해상도

알리아싱을 없애는 근본적인 수단은 화면 상에 보다 많은 픽셀을 만들어내는 것이다. 지금까지 해상도를 높이는 것이 최선의 해결책이었다. 계단현상에서 보이는 각진 부분들의 크기는 결코 화면상의 픽셀의 크기보다 커질 수 없다. 따라서, 픽셀의 사이즈를 줄이는 것이 바로 계단현상의 크기를 줄이는 길이 된다. 하지만 해상도를 바꾸는 것은 그리 쉬운일이 아니다. 사용자는 대개 이미 모니터에서 지원하고 있는 최대해상도를 사용하고 있을 수 있으며, 때로는 어플리케이션 자체가 해상도를 제한하기도 한다. 이러한 하드웨어적 해상도를 넘어서는 유일한 해법은 ‘유효 해상도’ 를 증가시키는 것이다. 이렇게 하기 위한 최선책은 디스플레이되는 각각의 픽셀의 색상을 계산하기 위해서 보다 섬세한 기술을 사용하고, 이로써 보다 많은 픽셀을 가지는 것처럼 시뮬레이션하는 것이다. 이러한 기술은 ‘안티알리아싱’ 기술에 활용된다.

슈퍼샘플링

알고리즘을 적용한 안티알리아싱 테크닉은 하나의 픽셀을 구성하기 위한 색상을 여러 위치에서 샘플링하는 방법이 포함되어 있다. 이것은 픽셀을 구성하는 색상이 그 픽셀에 의해서 포함되는 영역 내의 여러 지점에서의 색상을 통해서 계산된다는 것이다. 이러한 샘플링의 결과로써, 픽셀의 최종 색상을 결정하기 위해서 샘플링된 색상들이 혼합된다. 이러한 샘플들은 표현되는 이미지의 유효 해상도를 향상시키기 위한 추가적인 픽셀들이다. 만약 오브젝트의 가장자리의 일부만이 픽셀에 걸쳐져 있다면 그 오브젝트의 색상과 픽셀에 걸쳐져 있는 다른 오브젝트의 색상이 최종적인 픽셀의 색상을 연산해 내기 위해서 사용될 수 있다. 그 결과, 알리아싱 현상이 두드러지는, 오브젝트의 경계선을 따라서 형성되는 픽셀과 픽셀 사이의 선이 보다 부드럽게 만들어진다.

“수퍼샘플링(Supersampling)”은 대단히 간단하면서도 강력한 안티알리어싱 기법이며, GeForce2 GPU 및 이전의 여러 그래픽 프로세서에 사용되었다. 수퍼샘플링 기법을 사용하는 그래픽 프로세서는 화면상의 이미지를 화면으로 전송되는 것보다 훨씬 큰 해상도로 렌더링 한 후에 디플레이되기 전에 렌더링된 화면을 처리하여 최종 해상도에 맞도록 만든다. 이러한 작업을 수행하는 방법은 여러가지가 있지만 이 모두가 수퍼샘플링에 필요한 만큼의 추가적인 픽셀을 렌더링해야만 하는 짐을 GPU에 지워준다. 또한 그래픽 프로세서는 표시되는 것보다 현저히 많은 양의 픽셀을 렌더링하기 때문에 최종적인 표시를 위해서 이를 처리하여 크기를 줄여야만 한다. 이 과정에서 성능은 매우 큰 폭으로 저하된다.

특정한 수퍼샘플링 방식에서 크기를 조절하는 정도는 종종 크기가 조절된 후의 최종 출력물에 대한, 크기 조절 전의 이미지의 크기 비율로 표시된다. 예를 들어서, 2X 수퍼샘플링은 안티알리아싱이 없이 렌더링될때보다 두배나 많은 픽셀을 프레임 버퍼에 써 넣는다. 4X 수퍼샘플링은 4배의 픽셀이 필요하다. 이상에서 예상할 수 있겠지만, 수퍼샘플링은 프레임 레이트로 대변되는 성능의 심각한 저하를 불러온다. 만약 그래픽 프로세서가 네배나 많은 픽셀을 렌더링한다면, 프레임 레이트는 표준 모드의 1/4로 줄어들 것이다. 사실, 성능상의 저하는 앞서 이야기한 이유 때문에 X 앞에 붙는 숫자가 커질수록 더욱 늘어난다.

수퍼샘플링의 최대의 문제점은 성능이다. 사용자는 어쨋든간에 프레임 레이트가 1/2 혹은 1/4로 떨어지는 것을 원하지 않는다. “멀티샘플링”은 수퍼샘플링보다 더 진보된 기법이다. 이 방법은 다른 방법들에 비하면, 표준 렌더링 모드보다 더 뛰어난 화질을 만들어내면서 수퍼샘플링보다 높은 성능을 보이는 윈-윈 시나리오를 가지고 있다. 다만 이것은 보다 섬세한 GPU를 필요로 하기 때문에 최신의 GPU들만이 이 기법을 지원할 수 있다.