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HDR 렌더링이란 무엇인가?
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승인 2006.02.17  18:44:00
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HDR(High Dynamic Range) 렌더링이란 무엇인가?

3DMark06에는 앞서 언급한 쉐이더 모델 3.0과 함께 HDR(High Dynamic Range)이라는 새로운 렌더링 기법에 대한 테스트가 추가되었는데, 이 HDR에 대한 기본적인 이해도 필요할 것 같다.

최근 HDR은 PC 게임 뿐만 아니라 PS3, Xbox 360 등의 차세대 게임기에서 선보여지는 게임 타이틀에도 종종 거론되고 있는 새로운 광원 효과 처리 기술이다. 한마디로 말하면 HDR은 기존의 3D 그래픽에서 구현하기 힘들었던 실제와 비슷한 빛의 효과를 처리하는 향상된 렌더링 기법이다.

▲ HDR 렌더링이 적용된 하프라이프2의 게임 장면

인간이 인지할 수 있는 컨트라스트(빛의 대비)비는 대략 100억분의 1 정도이다. 다시 말하면 가장 밝을 때를 기준으로 약 100억분의 1정도의 빛만 있으면 그 빛을 인식할 수 있다는 것이다. 그러나 우리가 매일 보는 PC 모니터의 경우 고작 255분의 1정도를 인식할 수 있을 뿐이다. 이것을 다이나믹 레인지로 환산해보면 인간의 시각은 약 120dB ~ 140dB 정도이며, PC는 24dB가 된다.

인간이 인식할 수 있는 다이나믹 레인지가 이렇게 월등함에도 불구하고 이는 극단적인 비교일뿐 현실에서는 한번에 인식할 수 있는 빛의 범위는 어느정도 정해져있다. 예를들어, 어두운데서 핸드폰을 열면 LCD를 인식할 수 있지만 LCD를 보기위해서는 눈동자가 일반 환경보다 훨씬 크게 열려야 볼 수 있다. 같은 LCD를 대낮에 보면 LCD가 보이지 않는다. 이는 대낮에 내리쬐는 태양광이 매우 밝기 때문에 눈동자가 작아져 빛을 조절하기 때문이다. 종합해보면, 사람이 현실에서 밝기를 인식하는 것은 어느정도 일정 범위를 두고 환경에 따라 제한된다는 것이다.

HDR 렌더링은 이런 현실의 패턴을 본따 3D 그래픽에 이용한다. 우리가 사용하는 RGB(24비트) 컬러의 모니터가  수 있는 빛의 대비가 전체적으로 따지면 실제와는 동떨어진 적은 다이나믹 레인지를 가지고 있는 것이 사실이지만, 인간이 실제 빛을 받아들이는 것과 비슷한 장면을 구현해주도록 최종 결과물을 HDR 렌더링을 통해 수정하는 것이다.

▲ HDR 렌더링이 적용되지 않은 화면(좌)과 적용된 화면(우), 순간적으로 밖에 나오면 현실과 같은 눈부심 현상이 생겨난다.

HDR 렌더링 이전에도 HDR과 유사한 방식의 렌더링이 있었다. 예를들어 강한 햇빛이 비치면 카메라 렌즈에 닿아 렌즈플레어가 생기는 현상을 실제 렌더링 해주는 것이다. 그러나 이러한 방식들은 광원의 개념이 없었기 때문에 실제 현실에서 광원이 반사되거나 하는 등의 효과는 표현할 수 없었다. 그러나 HDR은 실제 광원을 두고 광원에서 나오는 빛에 의한 영향 정도까지도 계산해 렌더링 되기 때문에, 좀 더 실제와 같은 빛의 효과를 볼 수 있게 만든다.

그렇다면 HDR 렌더링이 이루어지기 위해서는 HDR 렌더링을 지원하는 하드웨어가 필요하다. HDR 렌더링을 위해서는 HDR 렌더링 버퍼를 확보할 수 있는 그래픽 프로세서가 필요하게 된다. 앞서 인간 시각의 다이나믹 레인지가 120dB ~ 140dB라 이야기하였는데, 이 정도의 다이나믹 레인지의 효과를 얻기 위해 필요한 버퍼는 어느정도 일까?

현재 다이렉트X 9.0을 지원하는 대부분의 GPU들이 FP16(16비트 부동소숫점 연산)기능을 수행할 수 있는데, 우리가 사용하는 32비트 컬러에서 @RGB 4개 채널이 각각 16비트를 가지게 되므로 총 버퍼는 64비트가 되며 1픽셀당 8바이트의 다이나믹 레인지를 갖게되어 이를 환산하면 결국 약 100dB의 다이나믹 레인지를 갖게된다. 따라서 현재 출시된 대부분의 다이렉트X 9.0 지원 그래픽 카드들이 HDR 렌더링의 버퍼를 수용할 수 있는 것이다. 3DMark06의 두 HDR 게임 테스트 역시 16비트 부동소숫점 텍스쳐와 필터링이 요구된다.

▲ ATI와 엔비디아의 HDR 렌더링 데모 화면, 이미 두회사는 이미 다이렉트X 9.0을 지원하는 레이디언 9700과 지포스 FX읠 출시와 함께 HDR 렌더링의 데모 영상을 공개했었다.

HDR이 앞으로 출시될 게임 타이틀에서 일반화되면 우리는 좀 더 현실적인 그래픽을 게임에서 볼 수 있을 것이다. 예를들어 FPS 게임에서 건물안에 있다가 태양이 눈부시게 빛나는 밖을 나가는 경우 현실에서처럼 똑같은 눈부신 화면이 구현된다. 이후 눈이 빛을 조절하고 서서히 명암차를 줄어나가 적절한 밝기를 인식하듯 게임 화면도 그렇게 적절한 밝기로 조절된다. 또 태양과 같은 과도한 광원과 나뭇가지등이 겹쳐지면 빛의 세가가 세기 때문에 나뭇가지가 명확히 보이지 않는 것과 같은 효과를 게임에서도 체험할 수 있게 될 것이다.

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