4. 계단현상을 줄여주는 안티앨리어싱의 종류 (2)
계단현상을 완화해주는 기술인 안티앨리어싱 (AA, Anti-Aliasing)은 앞서 소개해 드렸듯이 MSAA가 주로 사용되고 있으며, 여기에 최근에는 MSAA로 인한 GPU 및 메모리 대역폭 활용 문제 등을 해결하면서 개선된 프레임을 제공하는 후처리 안티앨리어싱 기술이 널리 사용되기 시작했다.
그래픽 후처리 안티앨리어싱의 등장과 확대
최근 많은 패키지 및 온라인 게임에서는 후처리 안티앨리어싱 (Post Processing Anti-Aliasing) 기법 지원이 확대되고 있다. 후처리 AA는 화면이 렌더링된 후 포스트 프로세스 단계에서 화면을 처리하는 안티앨리어싱 기술이다. 주요한 장점은 적은 GPU 리소스와 메모리 대역폭을 활용해 성능 저하가 MSAA보다 적고 유사한 그래픽 품질을 제공해준다.
후처리 AA는 AMD의 MLAA (Morphological Anti-Aliasing)와 엔비디아 (NVIDIA)의 FXAA (Fast Approximate Anti-Aliasing)가 현재 데스크탑 및 노트북 그래픽카드에 적용되고 있다.
MLAA (Morphological Anti-Aliasing)
MLAA (Morphological Anti-Aliasing)는 인텔이 개발한 안티앨리어싱 기술로 2009년 Siggraph (컴퓨터 그래픽학회)에서 발표했다. 주로 콘솔 게임기 연산을 담당하는 SPU (소니 플레이스테이션에 적용된 SPU, PC의 CPU에 해당) 등에 적용되었으며, PC 게임 플랫폼에도 활발하게 적용되고 있다.
PC 환경의 MLAA는 CPU를 이용하며, 듀얼 코어 이상의 멀티코어 CPU를 지원한다. 그래픽카드로 처리하는 MSAA (Multi Sampling Anti-Aliasing)에서 발생되는 대역폭 문제 및 GPU 점유율을 최소화한 AA 기술이다.
AMD는 라데온 HD 6800 시리즈부터 지원하기 시작했으며, MLAA는 DirectCompute를 활용해 하드웨어적인 처리를 이용하며, CPU보다 많은 처리 유닛 (SP, 스트림 프로세서)을 활용해 처리 성능과 효율을 개선할 수 있게 되었다.
라데온 HD 6000 시리즈에 도입된 MLAA는 수퍼샘플링 안티앨리어싱보다 빠르며, Edge-detect CFAA와 유사한 성능을 제공한다고 소개되었다. DirectX 9/ 10/ 11과 호환되며, 카탈리스트 (Catalyst) 10.10에서 MLAA 1.0을 지원하기 시작했으며, 카탈리스트 12.4 WHQL 드라이버부터 MLAA 2.0 버전으로 업데이트되어 성능 등의 효율이 개선되었다.
인텔이 개발, AMD가 적용한 MLAA
MLAA는 주로 콘솔용에 도입되었고 앨리어싱 이미지에 포스트 프로세서싱을 거쳐 계단 패턴을 파악한 후 중간색을 넣어 계단현상을 완화한다. 별도의 대역폭이나 프레임 버퍼 용량을 잡아먹지 않으나 높은 연산량을 필요로 한다.
AMD MLAA는 형태학적 필터링 체크로 활성
또 포스트 프로세싱 렌더링 단계에서 왜곡이 발생해 철조망 등 밀도가 높은 세밀한 구조물의 처리 오류가 발생하고 지글 거리는 현상이 발생한다. 후처리 방식에 따른 왜곡 문제를 알기 어렵고 미적용시 서브 픽셀 문제로 인한 플릭커링 (깜박임) 현상이 발생하는데 서브 픽셀 문제는 멀티샘플링으로 보완 가능하다. 디더링 (제한된 색을 이용해 음영이나 색을 나타내는 것, 여러 컬러의 색을 최대한 맞추는 과정)이 발생하는 부분의 아티팩트는 크게 증가한다.
MLAA는 게임에서 지원할 필요 없이 드라이버에서 설정하면 되므로 거의 모든 게임 엔진이나 DX, OpenGL에서 실행 가능하며, 텍스처와 쉐이더의 앨리어싱 제거에 유리하다. 하지만 라데온 그래픽카드만 지원하고 성능 손실이 큰 것이 단점이다.
FXAA (Fast Approximate Anti-Aliasing)
그래픽 후처리 안티앨리어싱으로 AMD의 MLAA에 대응해 엔비디아 (NVIDIA)가 개발한 FXAA (Fast Approximate Anti-Aliasing)가 최근 다양한 패키지 및 온라인 게임 등에 적용되고 있다.
일종의 픽셀 쉐이더를 이용해 처리하는 FXAA는 MLAA와 같이 화면이 렌더링된 후 포스트 프로세스 단계에서 화면을 처리하는 안티앨리어싱 기법이다.
엔비디아 후처리 안티앨리어싱은 컨트롤 패널 FXAA로 지원
다이렉트 컴퓨트 (DirectCompute)를 이용해 AMD 라데온 5000 시리즈 이상의 그래픽카드에서만 지원하는 MLAA 기술과 달리 FXAA는 픽셀 쉐이더를 이용해 특정 API에 의존하지 않아 엔비디아와 AMD 그래픽카드 모두와 호환 가능한 범용성이 특징이다. DX9/ 10/ 11 API를 가리지 않고 지원하며, 현재 3.11이 배포되고 4.0이 배포될 예정이다.
MSAA보다 더 빠르고 메모리 점유율이 낮으며, 픽셀이 흐려지는 현상이 일어나지 않으나 MLAA처럼 후처리 기술의 특성상 일부 텍스처가 사라진다거나 텍스처 및 글자 등이 뭉개져 가독성이 떨어지거나 화면이 흐려지는 (뿌옇게 변하는) 단점도 있다.
FXAA는 FXAA1과 FXAA2, FXAA3의 3가지 종류로 구분되며, FXAA1은 기초적인 후처리 안티앨리어싱으로 PC 게임에 널리 사용된다. 보더랜드, 크라시이스 2, 에이지 오브 코난, 듀크 뉴캠 포에버 등이 이를 지원한다. FXAA2는 콘솔인 Xbox 360에 적합한 기술이다. FXAA3은 PC용 퀄리티 버전과 PS3, Xbox 360 등의 콘솔용 호환 기술을 제공하며, FXAA1보다 뛰어난 성능을 제공한다.
FXAA는 MSAA와 비교해 빠르고 비디오 메모리 점유율이 낮으며, 반사면이 흐릿해지는 현상이 없으나 정확도와 품질 손상은 존재한다. FXAA는 성능에 미치는 영향이 MSAA나 MLAA보다 적으며, 4x MSAA나 MLAA와 유사한 수준의 화질, 성능과 화질 사이의 균형을 제공하며, 텍스처나 쉐이더의 앨리어싱에 유리하다. 엔비디아는 AMD의 MLAA처럼 최신 포스웨어 드라이버를 통해 컨트롤 패널에서 조절 가능해 거의 모든 게임을 지원한다.
SMAA (Enhanced Subpixel Morphological Anti-Aliasing)
크라이시스 2, SMAA와 MSAA, MLAA 비교
SMAA (Enhanced Subpixel Morphological Anti-Aliasing)는 크라이텍 (Crytek)의 크라이시스 2 (Crysis 2) 게임에 사용된 크라이엔진 3을 통해 처음 시도되었다.
FXAA와 MLAA의 단점인 원거리 서브 픽셀 문제 (일부 물체의 사라짐 등)를 개선했으며, 효율 높은 GPU 기반 MLAA로 후처리 안티앨리어싱 중 가장 진보된 기술로 알려졌다. 적용시 약간 밝기가 어두워지는 경향이 있으나 수퍼샘플링과 비교해 메모리를 적게 사용하면서 유사한 품질을 제공한다.
하이브리드 AA (Hybrid Anti-Aliasing)
FXAA와 MLAA는 서브 픽셀 문제가 발생하고 이를 완화하는 SMAA 후처리 안티앨리어싱 기술이 등장했는데 크라이시스 게임으로 잘 알려진 크라이텍은 크라이엔진3에서 후처리 안티앨리이성의 문제인 서브 픽셀을 완화하는 새로운 안티 앨리어싱 기술을 소개했다.
하이브리드 AA로 알려진 이 기술은 근거리와 원거리에 표현되는 오브젝트를 각각 다른 안티앨리어싱 방법으로 앨리어싱 문제를 해결한다. 근거리는 외곽선 블러방식, 원거리는 TAA (임시적인/ 시간적인 안티앨리어싱)를 적용한다.
MLAA는 연산 리소스 문제로 근거리 처리에서 제외되며, 외곽선 블러는 계단처리가 제대로 안되고 화면만 흐리려지나 호환성이 높고 연산 리소스를 적게 활용하므로 이를 적용했다. 움직임에 취약해 잔상 (고스트)이 발생하는 TAA는 근거리에서 발생하는 잔상 (고스트) 문제가 원거리에서 적은 것을 활용해 서로의 장점을 혼합했다.
크라이엔진 3 (Crysis 2), 근거리 외곽선 블러, 원거리 TAA로 처리
포스트 프로세싱을 이용하는 외곽선 블러는 서브 픽셀 문제가 MLAA와 같이 발생하나 TAA (Temporal AA)를 이용해 서브 픽셀 문제를 완화한다. TAA는 버퍼를 보존하는 약간의 메모리만 활용해 GPU 리소스가 적게 든다.
TXAA (Temporal Approximate Anti-Aliasing)
엔비디아는 최근 28nm 케플러 (Kepler) 지포스 GTX 600 시리즈를 출시하면서 TXAA로 불리는 새로운 AA 기술을 소개했으며, TXAA는 MSAA를 조합해 처리 성능과 효율을 높이는 AA 기술로 알려졌다.
NVIDIA TXAA, 마치 영화를 보는 듯한 이미지 품질의 새로운 안티앨리어싱, 하드웨어 안티앨리어싱, 컴퓨터그래픽 영화 방식의 안티앨리어싱 기법, 그리고 시간영역 필터를 서로 조합해 시간적 앨리어싱 (TAA, 동작시 크롤링 및 깜박임)을 줄여주는 것이 특징이다.
TXAA를 최초로 지원하는 게임은 더 시크릿 월드 (The Secret World)다. 더 시크릿 월드는 업데이트 (2012년 8월 7일) 통해 TXAA를 지원하기 시작했으며, 엔비디아는 지포스 304.79 베타 (Beta) 드라이버에서 본격적으로 TXAA를 지원한다. 지포스 GTX 600 시리즈의 Kepler 기반 GPU에서 지원된다.
TXAA는 TXAA1과 TXAA2 모드를 제공하며, TXAA1은 2xMSAA 비용에 8xMSAA 효과, TXAA2는 4xMSAA 비용에 8xMSAA 이상의 효과를 제공한다고 소개되었다.
The Secret World : TXAA 적용 화면
MSAA로 먼 거리의 라인과 모서리의 계단현상을 줄이면서 특정 각도의 시간적 앨리어싱 (Temporal Aliasing)을 지원해 8xMSAA 또는 그 이상의 그래픽 품질을 내주면서 MSAA와 비교해 향상된 성능을 제공한다. 보더랜드 2 (Borderlands 2), MachWarrior Online, Eve Online, Unreal 4 Engine, Bitsquid, Slant Six Games, Crytek 등에서 지원할 것으로 알려졌다.
TXAA는 후처리 안티앨리어싱 기법인 FXAA가 게임 또는 엔비디아 드라이버 제어판으로 컨트롤 가능한 것과 달리 게임 제작사 또는 게임 엔진의 지원이 필요해 게임 개발사와의 협력이 중요하다. 이는 GPU로 가속되는 물리엔진인 NVIDIA PhysX 처음 도입 상황과 유사하다.
그래픽 후처리 안티앨리어싱인 FXAA와 MLAA, 그리고 FXAA와 MLAA의 단점을 개선한 후처리 안티앨리어싱 SMAA, 그리고 엔비디아가 케플러 (Kepler) 지포스 GTX 600 시리즈 소개와 함께 지원하는 TXAA 외에도 MLAA와 품질 차이가 거의 없는 DLAA (Directionally Localized Anti-Aliasing), 후처리 AA로 픽셀 쉐이더에서 엣지까지 거리를 계산하는 DEAA (Distance to Edge AA), DEAA와 유사한 개념과 지오메트리 쉐이더 (Geometry Shader)를 이용해 DX10 이상을 지원해 콘솔에서 지원이 어려운 GBAA (Geometry Buffer Anti-Aliasing), 디퍼드 렌더링 타겟으로 만들어지고 MSAA의 깊이 버퍼가 필요한 SRAA (Subpixel Reconstruction Anti-Aliasing) 등의 다양한 안티앨리어싱 기술이 존재한다. |
