알고 있으면 좋은(?) 간단하고 쉽게 3D 게임의 여러 그래픽 기술들을 알아봅시다.

한때 게임 그래픽의 본좌 자리를 차지하고 있었던 크라이시스3와 공개 당시 정말 놀라웠던 언리얼 엔진5 테크 데모.

 

안녕하세요, 제이입니다. 게임을 좋아하시는, 특히 게임의 그래픽 관련 기술에 관심이 많은 사람들이라면, 알아두면 좋은(?) 간단한 그래픽 관련 그래픽 기술을 정리해보고자 합니다.

뭐, 게임에서 그래픽 옵션을 조정할때, 알고 있으면 나름 도움이 됩니다. 왜냐면 사양이 낮아 옵션 타협을 해야할 때, 낮춰야할 최우선 순위를(?)를 정리하기도 쉽고, 어떤 기술들이 효율적인지 나름 알아내서 최적값을 알아낼 수 있기 때문이죠. 아무튼 이런 것도 있구나 하고 알아보는 것도 재밌습니다.

게임 그래픽에 관심이 있으신 분들께 유익한 포스팅을 해보려고 했습니다.

 

* 갓 레이 (god ray)

 

* 갓 레이란 무엇인가?

갓 레이란 빛이 산란할 때 게임 상의 오브젝트를 지나게 되면서 번지면서 번지는 그래픽 효과를 말합니다.

쉽게 말하면 빛 번짐 현상이죠. 그냥 현실의 햇살이란 단어를 생각하시면 됩니다.

"God rays" 라고도 하는 볼류메트릭 라이팅 (Volumetic Lighting) 기술은 렌더링된 게임의 화면에 조명 효과를 추가하기 위해 3D 컴퓨터 그래픽에 사용되는 기술입니다.

플레이어가 게임의 환경을 통해 빛나는 빛의 산란을 볼 수 있게 해줍니다. 게임에서 열린 창문을 통해 비추는 햇살을 보는 것은 갓 레이(god rays) 효과의 한 예가 될 수 있죠.

3D 게임 분야에서는 이미 오래전 부터 적용되고 있는 기술입니다, 결과적으로 갓 레이(god rays) 기술은 빛은 실제 현실처럼, 마찬가지로 볼륨안에 있는 실제 3차원 매체 (안개, 먼지, 연기 또는 증기 등)를 통과하는 효과를 줄 수 있는 기능을 갖습니다.

볼류메트릭 라이팅이랑 갓 레이는 동일한 개념의 기술입니다. 

 

* 디테일 텍스쳐링 (Detail Texturing)

 

* 디테일 텍스쳐링이란 무엇인가?

 

우린 게임을 플레이할때 사물을  매우 가까이서 볼 때, 텍스처가 큰 픽셀로 보이게 되어 텍스쳐 해상도가 높지 않다면, 텍스쳐 퀄리티가 그리 안좋게 보인 적이 있을 것입니다. 이러한 문제 해결을 위해, Detail Texture (디테일 텍스처)라 알려진 방법을 사용하면 텍스쳐를 매우 가까이서 봤을 때 텍스처가 픽셀로 보이는 것을 숨기는 데 도움이 될 수 있습니다.

Detail Texturing 은 오브젝트의 원래 텍스쳐를 구성하는 디퓨즈와 노멀맵에 고도로 반복된 디퓨즈 & 노멀맵 조합을 레이어로 쌓아올리는 식으로 텍스처에 상세한 디테일이 추가된 듯이 보이도록 만들어 줍니다. 일반적으로 텍스쳐 해상도 나 디퓨즈, 노멀 맵의 퀄리티를 올리는 것보다, 디테일 텍스쳐링을 적용해도 가까이서 봤을 때의 디테일이 크게 살아난 듯이 보이도록 만들어 줍니다. Detail Texturing 의 실용적인 예는 이렇습니다.

 

 

왼쪽이 디테일 텍스쳐가 적용된 예, 오른쪽은 미적용. 확실히 텍스쳐 디테일이 좋아보인다. 동일한 해상도임에도 불구하고.

 

디테일 텍스쳐링은 그래픽카드 메모리가 평균적으로 엄청 높아진 최근에는 크게 사용되지 않는 기술입니다.

하지만 XBOX 360, PS3 콘솔 시절 부족한 콘솔 하드웨어의 메모리 문제에서 최대한 높은 텍스쳐 퀄리티를 표현하기 위해서 기어스 오브 워, 언챠티드, 헤일로 시리즈 등의 게임에 이 기술이 사용되었습니다.

 

* 실시간 광원 (Realtime Global Illumination )

 

* 실시간 광원, 글로벌 일루미네이션 (Realtime Global Illumination ) 란 무엇인가?

 

글로벌 일루미네이션(GI, 전역 조명)은 흔히 예전에선 CG에서의 빛 표현 및 계산 방식 중 하나로써, 영화에서는 오래 전부터 사용된 그래픽 기술입니다.

GI(글로벌 일루미네이션)을 사용하여 광원에서의 직접광, 그리고 다른 재질이나 물체, 벽 등에 반사되는 간접광까지 모두 계산하여 더욱 사실적인 느낌을 줄 수 있습니다.

소프트 섀도우, 커스틱스(Caustics), 컬러 블리딩 등의 현상은 모두 전역 조명 효과를 통해 나타나게 됩니다. 기존에는 비싼 컴퓨팅 비용과 방대한 라이팅 정보량 때문에 전역 조명 효과를 인게임 렌더링으로 구현하기 힘들었지만, 라이트맵 방식과의 혼용과 노이즈 계산 방식 등 여러 대안들을 통해 현재는 사양만 받쳐 준다면 높은 퀄리티의 GI 라이팅이 리얼 타임으로도 구현이 이제 가능해졌습니다.

이제 전반적으로 하드웨어 성능이 향상된 지금 시점에선 많은 게임에서 사용됩니다. 미러스 엣지, 배틀필드나 헤일로, 크라이시스, 킬존 등의 게임에서도 널리 쓰인 바 있으며 현재는 많은 고사양 게임에 적용되는 기술입니다.

또한 글로벌 일루미네이션은 말그래도 실시간으로 직접광, 간접광까지 모두 표현해주기 때문에 미리 개발자가 일일이 수동으로 배치하는 계산된 (Baked) 광원 표현 기법이 아니기 때문에 개발자의 편의성까지 고려한 기술입니다.

 

 

* 텍스쳐 스트리밍 (Texture Steaming)

 

* 텍스쳐 스트리밍이란 무엇인가?

 

텍스처 스트리밍 시스템(Texture Streamer)은 각 텍스처의 해상도를 높이고 줄이는 게임 엔진 기술의 입니다. 이를 통해 사용 가능한 메모리를 효율적으로 관리하면서 시각적 품질을 향상시킬 수 있습니다.

이 작업 방식은 높은 퀄리티의 텍스처 해상도를 위해 미리 계산된 영상 시퀀스인 Mips 또는 Mipmaps를 사용하여 부분적으로 수행됩니다. 텍스쳐는 LOD (물체 가시 거리 표현)의 개념처럼 계산되어 실시간으로 부분 연산을 할 수 있습니다. 

간단히 표현하자면 미리 읽어들여서 계산하는 방식이 아닌, 로딩이 되지 않은 부분에서는 미리 계산하지 않은 저해상도 텍스쳐를 구현하고, 플레이어가 그 구간에 도달했을때 그 텍스쳐 데이터를 읽어들여서 실시간으로 텍스쳐 스트리밍을 하여 부하를 줄이고 퀄리티를 높일 수 있는 기법이죠. 거의 모든 게임에서 쓰이는 최적화 기법 중 하나입니다.

 

* SSR (Screen Space Reflection)

 

* SSR에 대한 기술 설명은 제 이 글을 참고하세요. 

https://stg1994.tistory.com/487

그래픽 기술 - 화면 공간 반사 기법 SSR(Screen Space Reflection)

 

 

* HDR (High Dynamic Range)

 

* HDR에 대한 기술 설명은 제 이 글을 참고하세요. 

https://stg1994.tistory.com/archive/20200918

제이의 미디어 유니버스

 

 

* 블룸 (Bloom)

 

Bloom 효과의 정의는 다음과 같습니다. 저 화면을 보시면, 게임 화면을 렌더링 할때, 보신 바와 같이 빛이 보이는 효과를 가진 오브젝트나 환경에서 표현되는 빛은 현실에서 볼 수 있는 실제 빛보다 더 큰 면적으로 빛나게 됩니다.

이게 가장 가장 큰 포인트입니다.  따라서 블룸(Bloom) 이란 빛이 표현되는 부분을 과장시키는, 흔히 말하는 뽀샤시(?) 효과를 강화시켜줍니다.

블룸 효과는 2000년대 중반부터 게임에 쓰이기 시작했습니다. 대표적으로 초기에 엘더스크롤 IV : 오블리비언에 쓰인 바가 있으며, 한때 HDR과 블룸 효과가 게임 그래픽 기술에 접목되기 시작하던 시절이 있었습니다.

 

블룸 효과가 잘 쓰인 게임을 예로 들자면 2012년작 히트맨 : 앱솔루션이 있다.

 

블룸 효과가 잘 쓰인 게임을 예로 들자면 2012년작 히트맨 : 앱솔루션이 있습니다. 아주 적절하게 잘 써서, 높은 사양을 요구하지 않고도 블룸 효과를 잘 활용하여 빤짝빤짝한 화면빨을 만들어냈습니다.

다만, 단점은 너무 과하게 사용하면 시각적으로 눈이 피로해지고, 오히려 과도하고 과장된 표현으로 부자연스러운 게임 화면을 만들어내기 때문에 적절하게 사용되어야만 괜찮은 효과를 얻을 수 있습니다.

블룸 효과는 리쉐이드(Reshade)에서도 자체적으로 적용할 수 있으며, 취향에 따라 호불호가 갈리는 기술입니다.

 

 

* AO (Ambient Occlustion)

 

 

* 앰비언트 오클루전 (AO) 에 대한 기술 설명은 제 이 글을 참고하세요. 

https://stg1994.tistory.com/261

SSAO?HBAO? 요즘 게임들의 필수 그래픽 옵션인 AO에 대해서 알아보자!