안티얼라이어싱(Antialiasing)의 이해

▣ 뭉개기 기법들

 필자는 최근들어서 필자를 포함한 요즘 게이머들의 눈높이가 상당히 높아졌다는 사실에 전적으로 동의하는 편이다. 물론 이러한 현상은 게임 혹은 컴퓨터 하드웨어의 발달로 인해서 일어나는 지극히 자연스러운 현상이며, 이러한 현상이 나쁘거나 부정적인 일은 결코 될 수 없다.

불과 4~5년 전만 하더라도 실시간 rendering이라는 것은 일부 전문장비를 가진 이들이나 방송국, 대학 실험실 등의 워크스테이션에서만 제한적으로 가능했으며 PC를 기반으로 한 대부분의 퍼스널 컴퓨터 유저들은 꿈도 못 꾸었던 것이 사실이다. 여담이지만 필자도 불과 몇 해전, 태어나서 처음 만들어본 3D 저작물에 내가 원하는 이미지를 구해다가 매핑 후 겨우 1024x768해상도의 단 한 장면을 랜더링해보기 위해서 2~3시간 이상을 허비했던 기억이 생생한 걸 보면 요즘의 게임 하드웨어들의 랜더러(정확히 이야기 하면 3D CARD)들은 가히 혁명이라고 표현할 수 있을 정도로 기막힌 성능을 보여주고 있다.

물론 이러한 이야기들은 보통 PC 게임이라는 플랫폼에서 언급될 수 있는 이야기들이며, 가정용 게임기에 관련된 최근의 aliasing문제는 좀더 다른 관점에서 접근해야 할 필요가 있어서 비록 짧은 지식이나마 여러분께 전달하기 위해서 때아닌 삼복더위에 빤쮸만 걸쳐입고 키보드를 두드리게 되었다.

요즘 한창 뜨고 있는 이른바 잘 나가는 게임기들 중에 PS2나 DC에 대한 안티엘리아싱 논쟁을 들어 보셨을 것이다. 특히 DOA2나 릿지5 같은 게임에서의 계단현상 - 가령 물체를 구성하는 외곽선이나 윤곽선, 도로 중앙선등의 이미지가 래스터 디바이스의 특성상 연속적으로 보이지 않고 톱니모양의 형태로 나타나는 것 - 에 대한 논쟁이 많이들 일어났었다. 오늘의 주제는 이러한 부분에서 일어나는 안티엘리아싱의 근원적인 문제를 되짚어 보고, 게임기에 국한된 계단 현상의 처리에 대한 문제를 논의해 보고자 한다.

이 글의 제목을 필자가 굳이 뭉개기라고 표현한 이유는 현재 급조되어서 제공되고 있는 게임기에 사용되는 안티엘리아싱의 방식이 실제로 뭉개기라고 표현해도 무관할 정도의 기술들을 사용하고 있기 때문에 그러한 표현을 썼다. 참고해 주시기 바란다.

1. PC는 가만히(?) 있는데 왜 게임기들이 난리인가?

문제는 게임기나 PC나 어떠한 게임을 만들어 내는 엔진에는 크게 다른점이 없다. 즉 PS2에서 즐기는 파판이나 PC에서 즐기는 파판이나 게임을 만들어 내는 엔진의 기본 구조는 크게 다르지 않다는 뜻이다. 바꾸어 말하면 내부에서 3D 이미지를 랜더링 하고 다른 쪽은 2D 이미지를 만들어서 스텐실 버퍼에 두 이미지를 합성하고, 또 그것을 새로 그리고... 등등의 작업은 다름이 없다는 것이다. 허나 PC와 게임기는 각각의 기계가 대중적으로 사용하는, 단말에 표시하는 DISPLAY에서 극명한 차이가 있기 때문에 화질상으로 차이를 느끼게 된다고 할 수 있다. 쉽게 이야기하면 전자는 디지털 디스플레이를 사용하고, 후자는 아날로그 디스플레이를 사용하기 때문이다.

PC에서 사용하는 컴퓨터용 CRT는 우리가 사용하는 일반적인 CRT(TV)와는 사실 원리적으로 다를바가 없다. 하지만 PC-CRT는 비월주사라는 악명(?)높은 화면처리 방식을 사용하지 않기 때문이고, TV는 이미 1940년대에 미국 RCA에 의해서 표준화된 브라운관 방식을 고집하고 있기 때문이다. 현재 우리가 사용하는 TV방식은 NTSC식이라고 불리는 방송 방식을 사용하고 있는데 이것은 일본, 미국, 아시아권등을 포괄하는 TV방송 방식이고, 유럽이나 북한(특이하다)쪽은 자신들의 표준화 규격이었던 PAL방식을 사용하고 있다. 사실 NTSC(National Television System Committee)나 PAL은 해상도가 다소 상이하고 화면 리프레쉬 레이트가 50HZ냐 60HZ냐의 차이가 있지만 이것 역시 원리적으로 크게 다르지 않다.

왜 아직도 그 만큼 오래된 기술이 남아있느냐?라는 물음을 하실분도 계시겠지만 결론적으로 대답해 드리자면 지금까지 사용되었던 브라운관 방식의 디스플레이 및 NTSC등의 신호 규격을 대체할 만한 또 다른 표준이 없었던 것도 사실이다. 물론 이 기술이 그 만큼 월등히 좋아서라기 보다는 산업적, 경제적 등 여러가지 이유 때문에 거의 60년 이상 한자리를 굳게 지켜왔다.

실제로 인간의 눈으로 느끼는 동영상은 초당 약 30프레임 내외의 화면 변환이 필요하고(실제로 우리가 보는 대부분의 동영상은 정지화상의 연속적인 변화를 관찰하는 것 뿐이다!) 당시에 이것을 브라운관으로 옮기는 작업에 있어서 초당 30프레임으로 옮기려고 하면서 여러가지 문제가 일어났다. 즉 당시의 TV신호를 쏘는 주파수 대역과 진공관 시절의 회로적 문제, 또한 CRT 자체의 기기적 문제로 인한 한계, 움직이는 그림을 플리커링을 피해서 적절하게 표현하는 문제 등... 다양한 필요성 때문에 고정되게 되었다.

문제는 기본의 NTSC나 PAL방식의 경우 화면의 세로 해상도가 잘해야 500본 내외이고 이 해상도로 게임화면을 구성하자면 최근의 디지털 게임으로서는 다소 무리가 있는 것도 사실이다. 즉 TV는 640x480정도의 해상도만을 표현할 수 있으며(이것은 NTSC식 방식의 물리적 한계이다), 더군다나 뒤에 설명할 TV의 치명적 한계인 인터레이스(interlace) 방식 때문에 설상가상이 문제가 나타나게 된 것이다.

2. interlaced 방식

실제 게임기들은 특별한 경우를 제외하고는 보통 비디오 출력 신호를 NTSC식으로 만들어서 보내게 된다. 즉 위에서 전술한바와 같이 1/30초만에 완성되는 TV화면은 각각 1/60일초 동안 홀, 짝수의 라인을 스캔한다. 결국 1/60 + 1/60 = 1/30 초의 계산식에 의해서 1/30초만에 한장의 그림을 완성하고 또 다음으로 넘어가서 홀, 짝수 그리기를 반복하는 것이다. 긴 소리는 더 말고 아래의 그림을 보자. 아래의 그림은 인터레이스란 무엇인가를 잘 말해주고 있는 그림이다.

[그림 1] 인터레이스의 원리