Anti-Aliasing이란 단어는 상당히 많이 들어 보았을 것이다. AA로도 표기되는 Anti-Aliasing은 3D에서 아주 중요한 요소이나, 정확한 이해를 돕고자 다시 한번 요약해 보았다. www.voodooextreme.com 의 글을 정리하여 우리나라 사용자들의 이해를 돕고자 한다.

컴퓨터 모니터가 계속해서 우리가 눈으로 볼 수 있는 것보다 작은 픽셀을 사용하고 3D 가속기가 필레이트에 제한된다면 항상 3D 렌더링 이미지를 볼 때 부자연스러운 현상을 볼 수 있을 것이다. 이러한 현상은 픽셀이 정확한 선, 곡선과 면으로 구성된 모양을 근접하게 그려나가는데 사용되기 때문이다. 이것을 Aliasing이라고 부른다. 이러한 것의 이유로서는 필요한 픽셀의 위치가 분수일수 있기 때문이다. 이것은 현재의 래스터링 장치(모니터)의 제한된 정확성 때문에 픽셀의 위치가 정수화 되면서 에러를 일으킨다. 현재 Aliasing의 가장 쉽게 보여지는 예로서는 들쭉날쭉한 모서리를 들 수 있겠다.

A의 모서리 부분에서 들쭉 날쭉한 선을 볼 수가 있을 것이다.

이러한 들쭉 날쭉한 모서리들은 Aliasing에서 가장 일반적인 문제의 형태이다. 여하튼 두 가지 다른 색상의 두 개의 픽셀이 접촉한 경우에는 실제로 매우 근소한 Aliasing을 볼 수가 있다. 들쭉 날쭉한 모서리 현상은 다른 색상의 두 개 픽셀이 만나면서 생기는 Aliasing의 한 부분이다. 위의 그림의 경우, 이 현상이 뚜렷하게 보이는 이유는 근접하는 두 색상간에 많은 차이(검은색과 흰색)가 있기 때문이다.

한 가지 해결안 : 모서리 Anti aliasing

모서리 앤티 앨리어싱의 목포는 Aliasing의 몇몇 종류를 수정하기 위함이다. 이것은 들쭉 날쭉한 모서리와 희미한 모서리, 그리고 점선 같은 모서리들을 의미한다. 전자는 위에서 언급하였고, 희미한(Shimmering) 모서리 문제는 모서리가 각 프레임 내에서 다른 픽셀 패턴으로 근접화 시키면 발생하는데, 이것은 이 모서리의 각도가 조금만 틀어져도 보인다. 아래의 그림을 보면 더욱 잘 이해할 수 있을 것이다.

직선의 경사가 약간 변했지만 선의 모습은 완전히 다르게 보인다. 이 효과를 보기는 쉽지가 않다. 그렇지만 아마도 대부분의 사람들이 3D 게임에서 이와 같은 현상을 보았을 것이다.

모서리 Anti-Aliasing은 Anti-aliasing기술을 폴리곤의 모서리에만 적용한다. 3D 가속기에서의 대부분들은 모서리 앤티 앨리어싱에 면적 평균(area-averaging)의 방법을 취하고 있다. 면적 평균법은 폴리곤에의 각 픽셀이 놓이는 백분율을 계산하고 차례대로 색상을 계산하는 방법이다. 예로서 폴리곤 A가 밝은 적색(RGB 값 255, 0, 0의 경우)이고 폴리곤 B가 밝은 청색(0, 0, 225)인 경우 폴리곤 A에 25%가 놓이고 폴리곤 B에 75%가 놓이는 경우 이것은 (64,0,196)의 색상값을 가지게 된다. 아래에 이 면적 평균을 설명해주는 그림이 있다.

가장 왼쪽의 것이 원래 의도한 바인 정확하게 그려진 경우이다. (검은색 원은 원래 픽셀이 놓인 점을 설명하기 위해 그린 것임)

가운데 것이 Anti-Aliasing된 것으로 픽셀이 놓인 위치에 따라서 두 색상의 면적 평균값을 취한 색상이다.

오른쪽 것이 Anti-Aliasing 되지 않은 경우로 75%는 청색이 되어야 함에도 불구하고 픽셀이 전체가 적색으로 되어 있다.

면적 평균법은 모서리에서 탁월하게 동작한다. 한 화면에서 모서리들이 차지하는 비중이 상대적으로 적으므로 이로 인한 성능 저하도 무시할 만하다. 몇몇 아키텍쳐는 모서리 AA를 다른 추가적인 대가 없이 구현하는 것도 있다. 평균법은 또한 훌륭한 화질도 제공한다. 이번에는 앤티 앨리어싱된 'A'를 다시 보도록 하자.

이제 모서리의 들쭉 날쭉한 부분이 거의 없어진 것을 볼 수 있을 것이다. 하지만 색상수가 3가지에서 18개로 늘었음도 잊지 말아야 한다.

전 화면 Anti- Aliasing (Full Scene AA)

모서리 Anti-Aliasing이 볼 수 있는 많은 시각적인 문제점을 해결하기는 하지만 아직 모서리 Anti-Aliasing이 해결할 수 없는 많은 문제들이 있다. 예로서 한 개의 텍스쳐 내에 많은 색상의 변화가 있으며 이것은 모서리 Anti-Aliasing의 방법으로 해결이 되지 않는 경우이다. 이 문제를 단순화 시켜서 예로서 한 개의 텍스트를 포함한 텍스쳐를 들기로 하자. Anti-Alias된 텍스트는 더욱 읽기가 쉬울 것이다. 필터링 효과가 또한 픽셀간의 차이를 부드럽게 해준다는 것을 기억하는 것이 중요하다. 그러므로 모서리와 전 화면 앤티 앨리어싱의 차이는 눈에 보이는 결점을 제거하는 것 뿐만 아니라 일반적으로 전체적인 이미지를 원본과의 가까운 이미지를 제공되게 한다는 것까지 제한된다는 것이다.

방법 : Sub-pixel Accuracy

전 화면 앤티 앨리어싱은 모서리 앤티 앨리어싱같은 기본적인 방법을 전체 화면에 적용하는 방법 같은 것으로 사용될 수 있다. 이것을 효율적으로 하기 위해서는 각 픽셀이 서브 픽셀로 나누어진다. 서브 픽셀의 수는 정해진 것은 아지니만 일반적으로 제곱수이다. 화면을 앤티 앨리어싱으로 렌더링 하려면, 각 서브 픽셀의 색상을 계산하고 픽셀을 렌더링할 준비가 되면 각 서브 픽셀의 색상들의 평균값을 전체 픽셀의 색상에 대응한다.

실제로는 서브 픽셀 앤티 앨리어싱 과정이 훨씬 더 복잡하다. 렌더링은 앞에서-뒤의 순서로 행해진다. (Z 버퍼의 경우, 반드시 이렇게 할 필요가 없는데 이것은 Z 버퍼에 의해서 적절한 순서가 정해지기 때문이다.) 앞쪽의 개체를 처리할 때 어떠한 서브 픽셀들이 앞 폴리곤에 접하는지 계산하고 이 결과치가 저장된다. 서브 픽셀들은 적절한 색상 값이 주어진다. 렌더러가 목표로 한 픽셀에 접하면서 다른 폴리곤을 계산하게 되면, 이 새로운 폴리곤에 접하는 서브 픽셀들에 대한 계산을 하게 된다. 한 개 이상의 폴리곤으로 덮여져 있는 모든 서브 픽셀들은 제일 앞쪽에 있는 폴리곤의 색깔이 부여된다. 그리고 서브 픽셀들의 결과치를 평균을 내고 완벽한 픽셀이 출력되게 된다.


불행하게도 각 서브 픽셀의 색상을 계산하는 것은 매우 느리다. 더욱이 많은 메모리 양을 요구를 한다. (16 서브 픽셀의 경우 16배의 프레임 버퍼와 Z 버퍼를 필요로 한다) 이러한 이유 때문에 서브 픽셀 앤티 앨리어싱은 거의 사용되지 않는다.

방법 : 축적 버퍼(Accumulation buffer)

축적 버퍼는 최근에 3dfx의 T 버퍼를 발표하면서 주목받게 된 방법이다. 축적 버퍼는 서브 픽셀 방법보다 더 적은 양의 메모리를 요구한다. (이 두가지 다 같은 양의 대역폭을 요구한다. ) 하지만 이것은 서브 픽셀 방법보다 더 느리다.

축적 버퍼의 아이디어는 이 자체를 해결하려는 원래 방법, 서브 픽셀 방법을 닮았다.

각각의 서브 픽셀을 개별적으로 렌더링하고 이 프레임 결과를 저장한 후에 모든 프레임을 섞는다. 이러한 방법은 Anti-Aliasing을 많은 프레임버퍼/Z 버퍼 없이도 가능하게 한다. 여하튼 픽셀당 16개의 서브 픽셀은 일반적인 렌더링에 비해서 16배의 대역폭, 말할 것도 없이 비슷한 프레임 레이트를 유지하기 위해서 16배의 속도를 필요로 한다. 3dfx의 T-buffer 방법은 이 축적 버퍼 아이디어와 비슷한 방법을 사용한 것이다.

방법 : 이미지 수퍼 샘플링(Super Sampling)

수퍼 샘플링은 아마도 이해하고 적용하기 가장 쉬운 방법일 것이다. 수퍼 샘플링은 본래 이미지보다 높은 해상도에서 한 장면을 렌더링하고 사이즈를 줄이는 방법이다. 이러한 방법은 적용하기가 쉬운데 이것은 가속기가 원본보다 고해상도에서 렌더링하고 스케일을 줄이는 것만 하면 되기 때문이다. 이 방법이 많이 사용되지 않는 이유는 화질이 중요한 작업의 경우(즉 16개 이상의 서브 픽셀 방법이 필요한 것과 비슷한 경우) 수퍼 샘플링 방법은 속도는 축적 버퍼 방법에 맞먹으면서 메모리는 서브 픽셀 방법이 필요한 것만큼 요구하기 때문이다. 그런데 대부분 이러한 경우이므로, 수퍼 샘플링은 앤티-앨리어싱에서 가장 쉽기는 하지만 가장 비효율적이다.

결론

현재 전 화면 Anti-Aliasing은 모서리 anti-aliasing과 anti-aliasing을 하지 않은 것에 비해서 상당한 화질의 향상을 제공하고 있다. 불행하게도 현재의 아키텍쳐중에 전 화면 Anti-Aliasing을 적절한 속도에서 제공하는 것은 하나도 없다. 현재와 이전의 게임들 (상대적으로 폴리곤 숫자가 적은 게임들)에서 전체화면 anti-aliasing은 화질 향상의 중요한 기능이 될 것이다. 게임들이 갈수록 더욱 복잡해지고 폴리곤 숫자가 증가함에 따라서 모서리 Anti-Aliasing이 이미지의 구현에 큰 역할을 떠 맡게 될 것이다. 갈수록 더욱 많은 숫자의 폴리곤으로 화면이 구현될 것이므로, 이 폴리곤들이 화면에 투영된 크기는 매우 작아질 것이고, 이것을 달리 이야기하자면 더 많은 폴리곤 모서리를 보게 될 것이다. 폴리곤 숫자가 엄청나게 늘어남에 따라서 모서리 Anti-Aliasing이 전 화면 Anti-Aliasing 못지 않은 화질을 제공할 것으로 보인다.

출처: www.voodooextreme.com