3. 계단현상을 줄여주는 안티앨리어싱의 종류 (1)
계단현상으로 불리는 앨리어싱 (Aliasing)은 PC가 디지털 방식을 이용하여 처리되기 때문에 발생되는 현상이며, 이미지나 캐릭터, 문자 구현에 픽셀을 이용하기 때문에 필연적으로 나타나는데 이를 완화해주는 기술을 안티앨리어싱 (AA, Anti-Aliasing)이라고 설명했다.
안티앨리어싱 기술의 등장
안티앨리어싱 기술은 하드웨어의 성능과 효율을 개선하면서 많은 다양한 기술이 등장했으며, 현재 많은 수의 게임이 보편적으로 지원하는 안티앨리어싱 기술이 멀티 샘플링 안티앨리어싱 (MSAA, Multi-Sampling Anti-Aliasing)을 이용한다.
보편적으로 적용된 게임의 MSAA 기술
최근에는 보편적으로 사용된 안티앨리어싱 외에도 화면이 렌더링된 후 포스트 프로세서 단계에서 화면을 처리하는 후처리 안티앨리어싱 등도 등장해 그래픽 품질 뿐만 아니라 성능 저하 문제 역시 개선하고 있다.
또한 AMD와 엔비디아 (NVIDIA) 양사는 자사의 그래픽카드에 최적화된 안티앨리어싱 기술도 소개하고 있을만큼 게이밍 환경을 위한 안티앨리어싱은 발전하고 있다.
다양한 안티앨리어싱의 종류
안티앨리어싱은 디지털 구현으로 인해 발생하는 앨리어싱 현상을 완화해주는 기술로 게이밍 환경에서 주로 채택되어 사용되는 기술은 MSAA (MSAA, Multi-Sampling Anti-Aliasing)가 잘 알려져 있으며, RSAA (Rotated Sampling Anti-Aliasing)와 SSAA (Super-Sampling Anti-Aliasing) 등과 같은 기술도 이미 사용되어왔다.
SSAA (Super Sampling AA = FSAA (Full-Scene AA))
SSAA로 불리는 수퍼샘플링 기법은 FSAA (Full Scene Anti-Aliasing)으로도 알려져 있으며, SSAA는 기본적으로 모든 픽셀 (디지털 이미지의 더 이상 쪼개지지 않는 점, Pixel)에 대해 픽셀당 한 개 이상의 샘플을 추출하는 방식이다.
그래픽카드 제조사는 멀티샘플링 및 수퍼샘플링도 지원
표시하는 해상도보다 고해상도로 렌더링 후 원래 해상도로 축소해 계단현상을 줄인다. 이 방식은 픽셀 당 한 개 이상의 샘플을 추출하는 방식이므로 그래픽 품질은 가장 뛰어난 안티앨리이성 방식이지만 그만큼 메모리 대역폭 활용도와 대역폭을 많이 필요로해 성능 저하가 큰 문제가 있다.
RSAA (Rotated Sampling Anti-Aliasing)
RSAA로 불리는 로테이티드 샘플링 기법은 기본적으로 MSAA와 같으나 CPU 점유율과 메모리 버퍼 사용이 비슷하면서 조금 더 나은 화질을 제공한다. RSAA는 샘플의 위치를 약간 틀어 샘플을 더 잘 채취할 수 있도록 하는 방식이며, MSAA보다 성능 저하를 줄이고 화질을 개선하는 방식이다.
MSAA (Multi-Sampling Anti-Aliasing)
2x MSAA와 4x MSAA의 처리 방식
컴퓨터 그래픽스의 렌더링은 디지털을 이용하므로 앨리어싱 즉 계단현상이 발생한다. 이 계단현상은 명도 및 색조 대비가 클수록 극명하게 나타나고 이를 완화하기 위한 기술이 안티앨리어싱이며, 보편적으로 사용되는 안티앨리어싱 기술이 멀티 샘플링 안티앨리어싱 (MSAA)다.
멀티 샘플링은 말 그대로 픽셀 당 여러 개의 샘플링을 취하는 방법이며, 픽셀 한 개당 하나 이상의 정보를 수집한다. 정보를 취합하면서 주변의 중간색을 함께 취해 실제 화면에 보이는 계단현상을 완화한다. 다수의 샘플을 채취하면 그만큼 기본 이미지 즉 프레임 버퍼의 정보가 커지고 높은 대역폭 등 더 많은 GPU 리소스를 필요로 한다.
MSAA 방식은 SSAA (FSAA)의 효율과 성능을 최적화한 샘플링 방식으로 2x / 4x/ 8x 등의 배수를 적용해 배수가 높을수록 픽셀 주변에서 컬러 샘플과 커버리지 샘플 지역을 넓게 이용한다. 원본 해상도를 확대 후 모니터 해상도에 맞게 리사이징한 후 MSAA를 적용해 화질은 뛰어나나 높은 성능이 요구된다.
원본 해상도를 내부 계산상으로 확대 (실제 눈으로 보는 해상도는 동일하며, 대략 4배 확대)한 후 모니터 해상도로 리사이징한 후 MSAA를 적용한다. 이로 인해 화질은 뛰어나나 높은 성능이 요구된다.
TAA (Temporal Anti-Aliasing)
TAA (Temporal Anti-Aliasing, TAA)는 임시적/ 시간적 안티앨리어싱으로 주로 콘솔 게임 등을 통해 구현되는데 TAA 2배 (2x TAA)가 MSAA 4배 (4x MSAA)의 효과를 내준다. 2배 TAA는 두 개의 샘플을 취하고 이전 프레임과 이번 프레임에서 샘플을 취해 블렌딩을 진행하며, 이전 이미지와 이번 이미지를 합하는 방식이 사용된다. 다만 움직임이 없을 경우 MSAA와 유사한 효과를 제공하나 움직임이 많을 경우 잔상 (고스트) 현상이 만들어진다.
그래픽카드 제조사가 지원하는 안티앨리어싱
안티앨리어싱 기술은 모든 제조사에서 기본적으로 지원하는 기술 외에도 그래픽카드 제조사인 AMD와 엔비디아 (NVIDIA) 양사가 자사의 그래픽카드에 최적화한 안티앨리어싱 기술도 등장하고 있다. 이들 제조사가 제공하는 안티앨리어싱 기술은 대부분 MSAA를 기반으로 만들어지고 있다.
각 제조사는 게임 프레임 저하를 최소화하면서 자사의 그래픽카드에 최적화해왔으며, 엔비디아는 DX10 지원 첫 그래픽카드인 지포스 8800GTX와 함께 현재 엔비디아의 대표적인 AA 기술 중 하나인 CSAA (Coverage Sampling Anti-Aliasing)를, AMD는 라데온 HD 2900XT 출시 당시 CFAA (Custom Filter Anti-Aliasing) 기술을 소개한 바 있다.
CSAA (Coverage Sampling AA)
지포스 8800 GTX와 함께 등장한 CSAA 기술
엔비디아는 CSAA (Coverage Sampling Anti-Aliasing) 기술을 4xMSAA 수준의 성능으로 16xAA 품질을 보여주는 안티앨리어싱 기술로 소개하고 있다. MSAA는 오브젝트 윤곽 색을 다수의 서브 픽셀로 계산해 윤곽을 부드럽게 표현하나 성능 하락이 동반한다. 4xMSAA를 사용하면 AA 기술을 적용하지 않을 때보다 4배의 공간과 ROP 대역폭이 필요하다.
엔비디아 컨트롤패널, CSAA 및 수퍼샘플링 AA 등 지원
엔비디아의 CSAA는 Color/Z 샘플 정보를 압축해 메모리에 저장하여 ROP 스테이지 대역폭과 버퍼 문제로 발생하는 성능 하락을 개선한 것으로 알려졌다. 4xMSAA 성능으로 더 높은 품질을 보여준다는 16x CSAA는 4x MSAA와 동일한 Color/Z 샘플 정보를 사용한다.
MSAA와 유사한 성능에 보다 적은 메모리를 소비한다. 멀티샘플링에서 압축기술을 이용하나 압축으로 이미지 품질이 높지 않으며, 일반적으로 CSAA는 1/4로 압축, Q는 1/2로 압축해 이미지 품질 손상을 방지한다. CSAA, Q CSAA의 MSAA 대응은 아래와 같다.
8x, 16x CASS = 4xMSAA + 추가 커버리지 샘플 (4x MSAA에 약간 떨어지는 성능)
8xQ CSAA = 8x MSAA
16xQ CSAA = 8x MSAA + 추가 커버리지 샘플 (8x MSAA에 약간 떨어지는 성능)
QAA (Quincunx Anti-Aliasing)
엔비디아 지포스 그래픽카드에서 지원하는 안티앨리어싱 기술 중의 하나가 QAA (Quincunx Anti-Aliasing)다. MSAA와 유사한 방식으로 샘플을 채취하며, 이들 샘플을 주변 픽셀들의 샘플과 엮어 블렌딩하는 방식을 이용한다. 이로인해 MSAA보다 나은 방식으로 알려졌으나 블러현상이 발생하며, 실제 MSAA와 큰 차이를 제공하지 못하는 것으로 알려졌다. MSAA보다 샘플링 방식이 복잡하나 성능 차도 적고 리소스를 많이 차지한다.
EQAA (Enhanced Quality Anti-Aliasing)
AMD EQAA (Enhanced Quality Anti-Aliasing)
AMD는 라데온 HD 2900XT 출시 당시 CFAA (Custom Filter Anti-Aliasing)로 알려진 안티앨리어싱 기술을 도입해 최대 24x의 높은 안티앨리어싱 배수를 지원했다. 그러나 성능 하락 외에도 텍스트 가독성이 떨어지는 등의 문제가 제기되고 했다.
이후 AMD는 라데온 HD 6900 시리즈로 넘어오면서 EQAA로 불리는 안티앨리어싱 기술을 도입했다. 일반적으로 많이 사용되는 MSAA에 추가 샘플링을 진행해 안티앨리어싱 품질을 개선하는 기술이다.
AMD 카탈리스트 컨트롤 센터 (CCC), EQAA와 멀티/ 수퍼샘플링
2x EQAA는 4개의 커버리지 샘플, 4x EQAA는 8개, 8x EQAA는 MSAA의 기본 8개의 컬러 샘플에 추가로 16개의 커버리지 샘플을 확장해 안티앨리어싱 품질을 높인다. EQAA 기술은 엔비디아의 CSAA와 유사하며, MSAA의 컬러 샘플 추출과 픽셀에 추가 샘플을 더해 기존 AA 기술보다 이미지 품질을 개선한다.
라데온 HD 5000 시리즈까지 지원했던 앨리어싱은 SmoothVision HD 앨리어싱 제거로 Box/ Narrow-Tent/ Wide-Tent/ Edge-detect 필터의 4가지 필터를 이용했으며, Box 필터가 기본 MSAA를 구현했다. Edge-detect 필터는 최대 24X 배수까지 앨리어싱 제거를 지원한다.
라데온 HD 6000과 라데온 HD 7000 시리즈는 Standard와 Edge-detect 필터의 2가지를 제공하며, EQAA를 지원해 Standard 필터는 8x MSAA와 8x EQ 지원, Edge-detect 필터는 12X와 24X, 그리고 12xEQ와 24xEQ를 지원한다. Edge-detect 필터는 4X 슬라이더부터 활성화된다.
[영상] 그래픽카드 가격 폭등 시대에 라데온 9050 출시하는, AMD의 PC시장 CPU와 GPU 전략 평가 
