T-buffer란 무엇인가? - 2

1.FSAA

 일단 요즘 부두 5와 nVIDIA의 싸움으로 유명해 지고 있는 FSAA(Full Screen Anti Aliasing)에 대해서 알아보자. 아래 그림을 보면 알리아싱이라는 괴물이 어떤 것이라는 것을 독자들은 잘 알게 된다. 즉 컴퓨터의 디스플레이 장비의 한계로 인해서 도트 혹은 픽셀이라는 컨셉이 존재하고 되고 그것을 통해서 이미지를 나타 내는 한 이 "jaggies"(톱니) 현상을 피할 수 없게 된다. 따라서 이러한 현상을 피하기 위해서 적절한 이미지의 보간작업이 필요하게 된다. 첨애한 두 픽셀사이의 색 값 사이에 양쪽의 중간값 정도의 어둡기 혹은 컬러 픽셀을 집어 넣어서 의사적으로 혹은 가시적으로 linear(연속적으로)하게 이미지가 보이도록 장난을 치는 것이다.

[그림 3] 엔티엘리아싱 된 이미지와 그렇지 않은 이미지

 그리고 또 다른 관점에서의 앤티알리아싱이 있는데, 그것은 "popping"으로 알려진 현상이다. 즉 어떠한 멀리있는 물체가 소실점에서 사라질때 그 사라지는 물체를 이루는 주변부의 도트가 만약 디스플레이 할 수 도트 크기보다 작다면 어떻게 될까? 답은 둘 중 하나다. 즉 어색한(일정한) 크기의 도트로 그냥 보여 주던지, 아니면 그냥 무시하고 도트를 보여 주지 않던지... 이러한 소실점의 문제와 관련된 "popping" 현상은 늘 있는 것은 아니지만 장면에 따라서 치명적인 화질의 저하를 가져 올 수 있다. 사실, 이전까지는 이러한 안티엘리아싱 현상을 막기 위해서 '눈가리고 아웅'식의 의사적인 방법들이 고안되어 왔다. 그 중 하나는 "edge anti-aliasing" 이라는 것인데 화면 전체에 AA처리를 하지 않고 오브젝트 혹은 폴리곤의 가장자리의 도트만을 일종의 뭉게기로 표현해 버리는 것이다.

 또한 "oversampling anti-aliasing" 의 경우도 마찬가지로 작은 이미지의 질을 높이기 위해서 프레임 버퍼로는 고 해상도의 이미지를 만든 후 실제로 화면에 뿌릴때는 이미지의 해상도를 낮추어 버린다. 왜 이런짓을 하는지에 대해서는 언뜻 이해가 않될 수도 있지만... 별다른 특징적인 이미지 보간 없이도 1024x768 해상도의 그림을 640x480 비율로 낮출경우 이미지에 별다른 처리 없이 이미지의 일부가 뭉게지는 현상이 발생하게 된다는 것을 경험하게 된다. 이러한 현상으로 인해 눈은 오히려 부드러운 이미지를 보는 것과 같은 느낌을 같게 되는 것이다. 가끔 게임기를 사용할 때 수평주사선이 400본도 않되는 TV로 보는 이미지가 고해상도의 CRT로 보는 이미지 보다 부드럽게 느껴진다는 이야기를 들어 본적이 있을 것이다. 바로 이런식의 방법들이 전형적인 이미지 뭉게기 식의 AA방법이다.

 허나 T-buffer는 애초에 이러한 방식으로 AA를 구현하지 않는다. 부분적인 처리를 하는 것이 아니라 화면 전체에 보간처리를 하며 4개의 병렬엔진에 연결된 각각의 버퍼에 각각의 오브젝트 이미지를 분담해서 표현하게 되며 이 이미지를 병합해서 하나의 이미지를 만들게 된다. 즉 완성된 이미지가 단일한 오브젝터 도메인에서 만들어 진것이 아니라 별도의 분리된 4개의 도메인에서 만들어지게 되므로 화면을 구성하는 각각의 3D 오브젝트들이 가지는 부하가 줄게 되고 단일엔진을 이용해서 처리하는 AA에 대한 부담도 줄게 되는 것이다. 부두의 2xFSAA나 4xFSAA의 의미는 이러한 4개의 병렬엔진을 어떤식으로 FSAA로 쓰느냐의 방식 차이다. 즉 2x일 경우는 각각 2개의 엔진을 2개조로 편성(?)해서 AA처리를 하는 방식이고 4x일 경우는 4개의 엔진 모두가 한가지의 일을 분담하게 된다.

단순히 폴리곤이나 트라이엥글만을 생성하는 일을 하는 엔진에다가 FSAA의 일을 부가 시키게 되면 당연히 성능은 떨어지게 된다. 하지만 이미지의 질이 높아 진다는 의미가 크기 때문에 이러한 희생을 감소하는 일을 하게 되는 것이다. 더군다나 현재 알려진 부두 5의 성능은 2xFSAA로도 1024x768 정도 16비트 칼러 해상도에서도 대부분의 3D게임을 30프레임 이상 가속할 수 있는 것으로 알려져 사실 성능 저하에 대한 문제는 크게 고려할 것이 못되고 있다.

2.Motion-Blur

 Motion-Blur기술 역시 최근에 와서 T-buffer기술이 회자 되면서 알려진 화면처리 기술이다. 사실 포토샵등의 2D에서는 이미 잘 알려진 화면의 표현방식으로 동적인 이미지를 표현할때 자주 회자되곤 했다. 이미지 처리 기능이다. 두말 할 것 없이 아래의 이미지를 보라... 보통 이런 이미지는 느린 스틸 카메라로 빠르게 달리는 운동선수나 자동차를 찍을때 연상되는 화면이다. 실제 인간의 눈도 사물을 이런식으로 짧은 시간에 인식하나, 현재까지 PC에서 제공되는 그 어떠한 화면도 이러한 방식을 프레임을 지원하지 않았다. 즉 움직이는 피사체가 높은 프레임을 유지하더라도 어딘가 움직임이 딱딱하게 느껴지며 '리얼'하지 않다는 느낌을 가지게 되는 것이다.

참고로 AnandTech에 제공했던 친절한(?) 동영상을 제공하니 여기서 그 그림을 참고로 하면 될 듯 하다.

동영상 다운받기

[그림 4] 모션블러를 적용한 그림들

 그림에서 보다시피 여러개의 누적버퍼를 이용해서 실제 이미지와 그 이미지가 이동하는 방향과 속도를 파라미터로 한 블러이미지를 실시간으로 만드 후 다중-누적버퍼로 합성, 그것을 화면에 뿌리게 된다. 이럴 경우 보다 사실적인 동영상 표현이 가능해 지는 것이다.

3.Depth of Field

 우리가 흔히 퀘이크나 레이보우 6 같은 게임에 적응 못해 어지럽다거나 토하고 싶은 충동을 느낀다는 사람들을 주변에서 보았을 것이다. 보통 "쏠린다"라는 표현으로 이런 게임들을 피하는 것이 그 이유인데, 잘 알려지지는 않았지만 거기에는 이유가 있다. 퀘이크 같은 게임들은 화면에서 물체를 볼때 소실점, 즉 먼 거리의 물체나 바로 관측자의 눈까리 바로 앞에 있는 그림의 경우 모두 촛점이 정확히 맞아 떨어진다. 이런 이야기를 좀 어렵게 하면 35mm 광각 렌즈와 한 200mm 망원렌즈를 결합한 카메라로 물체를 보는 듯한 느낌이 든다는 것이다.(이런 장비가 있다면 직접 그 안을 들어다 보고 카메라를 빙빙 돌려 보라... 10분도 못 견딜 것이다. ^^;)

 사실 이러한 현상은 심도를 아주 높게 한 카메라 영상에서도 관찰되기는 한다. 인간의 눈은 물체가 아주 멀리 있거나 아니면 눈 앞에 아주 근접해 있을 경우에는 촛점을 못 맞추는 일명 사팔뜨기(?) ^^; 현상이 일어난다. 이 현상은 아주 자연스러운 것이고... 오히려 이런 현상이 일어나지 못할 경우에는 부자연스러운 느낌을 가지는 일이 벌어진다. 이럴 경우도 역시 마찬가지로 T-buffer를 응용해서 아래의 이미지처럼 거리에 따른 피사체의 촛점을 자연스럽게 유도 할 수가 있다. 화면의 전체 오브젝트들을 몇개의 그룹으로 나누고 그 그룹들에게 각각의 촛점을 부여 할 경우 이미지 전체가 자연스러운 실 영상처럼 표현이 가능해 지는 것이다.

[그림 5] 피사체의 촛점에 따라서 자연스러운 상 맺힘.

 이상 몇몇의 자료도 참고하고 해서 T-buffer에 대한 기술적인 이야기들을 대충 마무리 하였다. 물론 이것 이외에 T-buffer와 관련된 soft shadows, reflectance blur, 크롬효과등으로 알려진 금속 반사체 효과등의 기능도 구현이 가능하다.

이미지 자료 출처 : AnandTech

출처 : mad3d.net