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새로운 동적 라이팅의 세계 !
Deferred Shading ( 지연 세이딩 )
박민근 ( 알콜코더 )네오위즈 게임즈NDC 2011
강연자 소개박민근 (@agebreak)
네오위즈 게임즈 ( 프로젝트 S 개발중 )NTL-inc - 드래곤볼 온라인 개발엔씨소프트 – PlayNC 빌링 서버 개발
‘ 신입 게임 개발자의 서울 상경기’(http://agebreak.blog.me)‘ 초중급 게임 개발자 스터디 ( 데브루키 )’(cafe.naver.com/devrookie)VisualStudio 2010 공식 팀 블로그(http://vsts2010.net/)
게임 클라이언트 프로그래머30 대… 솔로 인생…
그리고 오타쿠 프로그래머 ...언젠가는 우즈벡에 .. 일류젼 우즈벡 지사를 설립할 예정
Real-Time Rendering최근 게임들은 수 많은 라이트와 수많은 오브젝트 들이 필요하다 .
-> 라이팅 계산양의 증가
수많은 작은 동적 라이팅
낮 (Day)
해질녘
저녁 (Night)
동영상 시연
리얼 타임 라이팅을 위한 세가지 주요 기법
• 포워드 렌더링 (Forward Rendering)• Single-pass, Multi-light• Multi-pass, Multi-light
• 디퍼드 렌더링• Deferred Shading
포워드 렌더링
Single-pass, multi-light
for each object dofor each light do
framebuffer = light_model(object,light);
Single-pass, multi-light
• 해당 라이트에 영향을 받지 않아도 라이트 연산 .
• 화면에 렌더딩 되지 않는 면 (Culling) 도
셰이딩 연산을 해야만 한다 .
• 멀티 라이트 상황에서 관리가 어렵다• 싱글 템플릿 셰이더에서 수천 가지의 조합의 코드가 생성될 수 있다 .
• 그림자와의 통합이 어렵다
Single-pass, multi-light1 억 개의 오브젝트 , 50 개의 라이트
[ 라이팅만을 위한 계산양 ]
1 억 * 50
Multi-pass, multi-light
for each light dofor each object affected by light do
framebuffer += light_model(object,light);
Multi-pass, multi-light
• 화면에 렌더딩 되지 않을 면도 셰이딩 연상을 해야만 한다 .
• 높은 배치 카운트
• 1/object/light
• 각 패스마다 중복된 작업이 많다 .• Vertex Transform & setup• Anisotropic filtering
Multi-pass, multi-light
1 억 개의 오브젝트 , 50 개의 라이트[ 라이팅만을 위한 계산양 ]
50 * 라이트의 영향을 받는 오브젝트 개수
디퍼드 렌더링
Deferred Shadingfor each object do
G-buffer = lighting properties of object;
for each light doframebuffer += light_model(G-buffer,light);
Deferred Shading• 굉장히 배치가 간단해지고 , 엔진에서 관리가 쉽다
• 일반적인 그림자 테크닉들과 통합이 쉽다
• 라이팅을 위한 계산이 “완전한” O(1) 복잡도를 가진다 .
• 오브젝트의 개수와 상관없다
• 수많은 작은 동적 라이팅 사용이 가능하다
Deferred Shading1 억 개의 오브젝트 , 50 개의 라이트
[ 라이팅만을 위한 계산양 ]
라이트 개수 * 라이트에 영향받는 픽셀 개수
Deferred Shading• 일종의 포스트 프로세싱처럼 수행된다
• 2D 렌더 타겟간의 계산이다 .
• 3D 계산을 -> 2D 계산으로 변환 시킨다 .
• 오브젝트는 라이팅 계산이 전혀 없이 속성만을 렌더링 한다 .
• 화면에 실제로 렌더링 되는 픽셀만 라이팅 계산을 수행한다 .
라이팅 계산을 먼저 하지 않고 , 미루어 두었다가
실행하기 때문에 지연 (Deferred) 셰이딩
이라고 불리운다 .
Deferred Shading
이미 1988 년의 시그래프 논문에서 이 기법이 소개 되었다 . • 그때는 Deferred 라는 용어는 사용하지 않았다 .
그래픽 카드의 발달으로 이젠 실시간에 사용 가능 !!
요구 조건• MRT(Multi Render Target) 을 기본적으로 4 장 이상 사용한다
• DirectX 9 이상
• 지포스 6800 이상
• ShaderModel 3.0 이상
• 위 조건이면 사용 가능
• 현재의 그래픽 카드로는 당연히 !! 전부 지원 가능
사용한 게임들
CryEngine 3
기타 등등…
실장된 엔진들
샘플 동영상• Unity 엔진 – Deferred Rendering
샘플 동영상
디퍼드 렌더링구현 방법
General Architecture
G-Buffer 란 ?
• Geometry Buffer
• Per-Pixel 라이팅에 필요한 모든 정보• Normal
• Position
• Deffuse / Specular Albedo, Other Attributes
1. 지오메트리
패스(G 버퍼 작성 )
지오메트리 패스• 3D 공간의 지오메트리 ( 오브젝트 ) 데이터의 속성값들을
G-Buffer 에 렌더링 하는 단계• 라이팅 처리는 하지 않는다 !
• MRT(Multi Render Target) 을 사용해서 , 한 패스에 4개의 렌더 타겟에 정보를 렌더링 한다 .• Depth
• Normal
• Diffuse / Specular
지오메트리 패스
2. 라이팅
패스( 픽셸 셰이딩 )
라이팅 패스 라이팅을 지오메트리 형태로 렌더링 한다 .
Point Light = Sphere Spot Light = cone Sun = full Screen Quad
라이팅 패스 각각의 라이팅에 대해서
라이팅에 영향을 받는 픽셀을 찾아내서 체크한다 . 만약 라이팅이 스크린에 영향을 준다면…
Render Shadow Map 라이팅 픽셀을 셰이딩하고 FrameBuffer 에 추가한다 .
라이팅 패스 각각의 라이팅에 영향을 받는 픽셀들의 계산 결과를
누적 (accumlation) 버퍼에 블렌딩 한다 . Diffuse 값과 , Specular 값은 별도로 저장한다 .
For each light:diffuse += diffuse(G-buff.N, L))specular += G-buff.spec *
specular(G-buff.N, G-buf-f.P, L)
라이팅 패스 최종적으로 원본의 Diffuse 값과 누적
버퍼에 누적된 픽셀 값들을 곱하여 결과를 출력한다 .framebuffer = diffuse * G-buff.diffuse + specular
Per-Pixel Lightingfloat4 PointLightingPS(VS_OUTPUT1 In) : COLOR{ half4 diffuseTex = tex2D(MRT0Sampler, In.TexCoord); half4 normalTex = tex2D(MRT1Sampler, In.TexCoord); half z = tex2D(MRT2Sampler, In.TexCoord);
//unpack half3 albedo = diffuseTex.xyz;…//reconstruct original view-space position…//normalize…//diffuse lighting half NdotL = dot(normal, lightVec); half selfShadow = (NdotL > 0) ? 1 : 0; half3 diffuse = albedo * NdotL * selfShadow * LightColor;
Per-Pixel Lightingfloat4 PointLightingPS(VS_OUTPUT1 In) : COLOR{ ( 앞페이지… ) //compute half angle half3 halfAngle = normalize(lightVec + eyeVec);
half3 specular = max(pow(dot(halfAngle, normal), SpecularExponent), 0) * selfShadow; … ( 후략 )}
디퍼드 셰이딩장점
완전한 O(1) 시간에 , 수많은 동적 라이팅의 처리가 가능
오브젝트의 개수에 상관없이 상수 시간에 라이팅의 처리가 가능하다 .
• 다수의 라이팅의 렌더링 처리 코드가
간단하며 , 관리가 쉽다 .
• 중간 과정에서 만들어진 G-Buffer 의
속성들을 다른 기법에 재활용이
가능하다 . ( 포스트 프로세싱 등 )
• 그림자 기법들과 통합이
용이하다 . ( 셀프 셰도우 ,
소프트 셰도우 , SSAO 등 )
디퍼드 셰이딩문제점
MRT(Multi Render Target) 많은 렌더 타겟을 필요로 한다 . 하지만 어차피 포스트
프로세싱을 한다면 ? 필요하니까…
MSAA(Anti Aliasing) 2D 스크린 화면에서의 계산이기 때문에 계단
현상 (Aliasing) 해결이 어렵다 .
포워드 렌더링에서는 지오메트리 단계에서 얼라이어싱이 되지만 , 디퍼드 렌더링에서는 되지 않음
여러가지 개선 방법이 연구 중
Transparency 반투명한 오브젝트의 렌더링이 어렵다 .
2D 공간 스크린 정보이기 때문 (뒤 픽셀의 정보를 담을 수 없다 )
파티클등의 반투명한 오브젝트는 나중에 포워드 렌더링으로 따로 렌더링 해야만 한다 .
같이 사용하면효율적인 기법
• SSAO (Screen Space Amibent Occlu-sion)
• Motion Blur• Bloom• HDR
• GI ( 전역 조명 )• 전역 셰도우 기법들• 기타 포스트 프로세싱 기법들
디퍼드 셰이딩개선 기법
Light Indexed Deferred Light-ing
• light volume 들이 scene 과 교차하는 지점에 light index 값을 저장하여 렌더링하는 기법
• 반투명 , MSAA 문제 해결됨• 포워드 렌더링과 디퍼드 렌더링의 장단점을 보완• 지오메트리를 2 pass 렌더링해야하고 , 그림자
제공이 어려움• 아직 연구의 여지가 있는 기법
결론
수많은 동적 라이팅을 화면상의 오브젝트의 개수와 관계없이 상수시간에 처리가 가능함
이론상 무한개의 동적 라이팅 사용 가능
어두운 실내나 , 어두운 배경에 동적 라이팅이 많은 경우 최적의 해결 방법 (ex. 데드 스페이스 2)
현재의 그래픽 카드에서는 당연히 지원됨
별다른 노력 없이 , 유명 상용 엔진에서는 기본적으로 지원됨 (한큐에 ~)
직접 구현 해도 , 개념이 어렵지 않고 , 관리가 쉬움
셀프 셰도우등 그림자 기법이 용이함
어차피 다른 포스트 프로세싱
(Bloom, HDR 등 ) 을 사용하는 게
요즘 게임의 기본 추세라면 ,
사용하지 않을 이유가 없음 . (G-Buf-
fer 재사용 가능 )
실제 개발하는 MMORPG 에
적용해서
개발했던 결과 , 전체적으로
그래픽 퀄리티가 확실히 상승하였음그래픽이 짱 좋아졌음~~!!
오빠 짱~! 멋있당 ~~~!
우리팀 TD
물론 , MSAA, Transparency 이 제대로 지원되지 않는 문제를 해결해야 하는 부분이 남아 있음 . ( 상용 엔진의 지원에서는 어느 정도 해결됨 )
아놔~~님아 .. 지금 이게 뭐임 ?반투명 안되잖아 ~~!님아 나하고 장난침 ?
우리팀 TD
동적 라이팅이 많고 , 그래픽 연출이
중요한 MMORPG나 FPS 등에
적용하면 상당히 좋은 효과를 얻을
수 있을거라 기대됨 !
참고 자료• Deferred Shading – 오종빈 (Shader Study) 발표 자료
• Deferred Shading – Codevania(김태우) 스프링 노트
• Deferred Shading Tutorial - Codevania
• Deferred Shading –NVIDIA ( 문서 )
• HDR Deferred Shading – NVIDIA (예제 코드)
• 니시카와 켄지의 3D게임 팬을 위한 「KILLZONE 2」그래픽스 강좌
• Light Indexed Deferred Lighting – Codevania
Q & A
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