안티얼라이어싱(Antialiasing)의 이해 2

3. 잘못된 오해들

게임기의 엔티알리아싱 및 플리커링과 관련된 문제중에 여러가지 곡해가 있어서 여기서 바로 잡는다. 일단 일반적인 곡해들과 그것에 대한 답을 나열하는 식으로 설명했다.

* TV에서는 초당 풀 60프레임의 화면을 절대 보여줄 수 없다.

- 놀래실 분들도 있겠지만 웃긴소리다. 초당 60프레임을 보여줄 수 있다. 이것은 비월주사 방식하에서도 홀/짝수 필드를 1/60초마다 교대로 그리는 것이 아니라, 홀수 필드 혹은 짝수 필드중에 하나를 선택해서 계속 같은 필드에만 1/60초 단위로 뿌려주는 것이다.

즉, 비월주사를 사용하지 않고 주사선이 회귀할때 CRTC를 리셋시켜 다시 홀수필드를 그리는 방업으로, 계속 비는 곳은 비워두어 60프레임의 빠른 화면을 구현할 수 있다. 실제로 플스의 철권2는 그렇게 했다. 철권2가 있는 분들은 게임을 틀어 놓고 화면을 자세히 보시면 주사선과 다음 주사선 사이의 이미지 사이가 비어 있다는 것을 관찰할 수 있다.(물론 이렇게 될 경우 게임속의 프레임 버퍼의 실제 해상도는 640x240정도가 된다.) - 물론 이것은 TV하드웨어 자체가 60프레임을 건너뛰는 방식없이 완벽하게 지원한다는 소리하고는 다르다. 하지만 프로그래시브 방식이라고 해서 인터레이스의 비월주사 없이 480본을 풀로 재생할 수 있는 TV가 최근에 나오고 있긴 하다.

* 플스2의 릿지5등의 게임에서의 엘리아싱은 단지 Flickering 때문이다.

- 아니다. 실제로 플리커링이 화면을 다소 왜곡되게 보이게 하는 중요한 요소이기는 하나, 안티알리아싱이 않된 경우 640x480해상도는 플리커링이 없어도 충분히 계단현상을 만족스럽게(?) 느낄 수 있는 해상도이다. 따라서 플스2에서의 안티엘리아싱 효과를 볼려면 안티플리커링 보다는 오히려 소스자체를 근본적으로 처리해야 한다. 게임기에서 일어나는 이른바 "계단현상"은 여러가지 원인에서 복합적으로 기인하기 때문이다. 또한 이 말은 "계단현상" 자체를 여러가지 방법으로 풀 수 있다는 말도 성립한다.

* 현재 대부분의 플스2 게임은 드캐의 그것보다 별로 개선되지 않은 화면을 보여주고 있다.

- 물론 아니다. 실제로 플스2의 대부분의 게임은 현재 해상도가 640x480정도이며 이것을 TV화면에 뿌리기 위해서 홀수 필드와 짝수필드의 신호를 기존에 인터레이스 방식으로 뿌린다. 따라서 어떻게 보면 보다 자연스러운 화면을 보여 줄 수 있으나 이것은 화면의 움직임이 격한 게임(즉, 1/60초 단위보다 더 빨리 움직이는 그림)에서 플리커링을 일으키는 보다 좋은 기반을 마련하는 부작용이 있을 수 있다. 또한 PS2는 게임 전부의 하드웨어적으로 완벽히 60프레임을 구현하고 있기 때문에 1/60초안에 빠르게 움직이는 물체가 있을 경우 플리커링과 엘리아싱 현상이 두드러진다. 이것때문에 현재까지의 PS2 게임들은 계단현상이 두드러져 보이는 것이다. 드캐는 차후에 설명할 홀/짝수 라인의 신호를 섞은 눈속임 방식을 쓰기 때문에 화면이 부드러워 보이는 것이다.(물론 플스2에서도 이 기능을 가지고 있다. - 하지만 왜 쓰지 않고 있는지는 필자도 알 수 없다. :( ), 또한 드캐가 발매한 대부분의 게임은 초당 30프레임을 기반으로 하는 게임들이 대다수이므로 플리커링이 상대적으로 거의 눈에 띄지 않는 이유도 있다. 드캐도 VGA-BOX등의 장비를 쓰면 PC모니터 등에서 두드러지는 안티엘리아싱을 감상하실 수 있다. 물론 화면은 월등이 깨끗해 진다.

필자의 경우는 오히려 PS2의 게임 화면이 휠씬더 자연스럽고 명확하다고 느낀다. 물론 필자가 PS2신봉 주의자는 아니며 참고로 플스1, 플스2, 드캐 모두를 가지고 있으며 게임을 즐긴다.

여기서 엣지 엘리아싱이나 안티 플리커링을 설명하기에 앞서 플스2나 드캐의 하드웨어가 TV에서 보여질때 왜 화면에 계단현상이 더 두드러지는지에 대한 소개 그림을 한장 그려보았다.

맨 왼쪽의 그림은 소닉의 원래 보여주고자 하는 그림이다. 인터레이스 방식의 TV화면 하에서 처음 1/60초동안 홀수 줄을 일단 그린다. 그리고 그 다음 주사선은 수직회귀를 해서 나머지 짝수줄을 그릴 즈음 너무빠른 소닉이 왼쪽으로 더 이동해 버렸다고 가정하자. 그러면 짝수 필드에 그려질 (반쪽)그림은 그만 핀트가 오른쪽으로 쏠린 그림을 그리고 말아 버렸다.(이런 조건이 발생할 필요충분 조건은 게임의 화면 프레임이 초당 60FPS가 되어야 하며 움직임이 격한 레이싱 게임등이 되어야 한다.) 이렇게 되면 맨 오른쪽 그림처럼 소닉의 그림이 엉망이 된다. 게임기에서 이런 현상을 느끼신 분들이 제법 있으실 것이다. 못 느끼셨다고? 그럼 눈이 나쁘신 것이다. :( 이게 바로 그 유명한(?) 플스2의 릿지5 문제다. 하지만 모든 플스2 타이틀에서 그러한 현상이 일어나지는 않는다. 플스2의 또다른 타이틀인 결전은 그러한 현상이 애초에 일어나지 않는다. 왜냐? 그 게임은 원래 플스2에서 출발할때 부터 30FPS의 게임이기 때문에 위에서 전술한 필요충분 조건에서 벗어나 버리기 때문이다.

[그림 1] 안티-플리커링이나 AA처리를 하지 않을 경우 TV화면에서 왜 계단현상이 두드러지는 지에 대한 설명그림

4. edge-antialiasing

edge-antialiasing의 원리는 전화면에서 나타나는 엘리아싱을 없애고자 하는 것에 있지 않다. 그냥 글자 그대로 모서리 처리만을 위한 안티엘리아싱의 방법이다. 이른바 FSAA는 서브픽셀 셈플링, 누적버퍼, 수퍼샘플링 그 어느것을 쓰더라도 메모리 대역과 여분의 버퍼를 위한 막대한 양의 메모리가 소요되기 때문에 일반적인 유저들이 FSAA 화면을 얻어 내기는 너무 비쌌다. 또한 이것은 막대한 양의 하드웨어적 자원이 필요하다는 말과도 동일한 뜻이다. 또한 사람들의 눈이 느끼는 계단현상의 대부분은 물체의 모서리, 즉 폴리곤의 모서리나 이미지의 외각선에서 뚜렷하게 나타난다는 점에 착안하여, 단순히 모서리만을 안티알리아싱 처리를 하는 방법이 개발되었다.

edge-antialiasing은 Anti-aliasing기술을 폴리곤의 모서리에만 한정되어 적용시키는 방법이다. 일반적으로 가장 많이 사용되는 edge-antialiasing의 기본 원리는 면적 평균(area-avarage)이라는 방법이다.

뭐 면적평균법에 대해서 복잡하게 설명해 드리기는 그렇고 단순하게 이야기 하자면 폴리곤의 모서리가 검은색이다. 그 폴리곤이 놓여있는 바닥은 흰색이다. 그럼 폴리곤의 주변부는 무슨 색깔이여야 그럴 듯 할까? 바로 적절한 비율의 회색이다. 이렇게 처리하면 왼쪽의 그림이 오른쪽 그림처럼 되고 보기에도 덜 민망 스럽다. 아래의 그림을 보시라. 눈이 조금 상하시지 않은 분이라면 오른쪽이 보기 좋다고 손을 들어 주시리라. :)

이 패러의 앞에서도 조금 언급했지만, edge-antialiasing의 가장 큰 장점은 값싸고 쉽게 눈속임을 할 수 있다는 것이다.(어떤점에서 본다면 모든 AA자체가 눈속임이다.)

[그림 1] 엣지-안티알리아싱의 원리