새로운 기법 != 새 장난감

김포프 2012-02-01

게임데브포에버에 무슨 글을 올릴까 고민을 좀 해봤는데… 그래픽 전문자료들은 이미 다른 필자분들이 열심히 올리고 계셔서 요번에는 그냥 제 경험담을 올리도록 하지요.. (이런 글을 원하시는 분들도 꽤 계실듯…?)

제가 이리도 오래 쉰내나도록(?) 게임 업계에 머무르는 이유 중 하나가 언제나 새로운 것들을 시도해 볼 기회가 충분하기 때문입니다. 특히나 그래픽 프로그래밍 쪽은 하루가 멀다하고 계속 발전하는 분야라서 마약처럼 매우 짜릿하죠. (마약이라고 좀 언급해두면 한국 정부에서 게임개발 셧다운제를 해주지 않을까하는 생각에…그럼 한국 게임개발자 분들도 정시퇴근 하실 수 있습니다. 회사 매출이 높으면 일찍 퇴근!)

근데 가끔은 이런 짜릿함에 눈이 멀어 게임을 망치는 경우도 좀 있습니다. 아직 검증되지 않은 새로운 기법을 동원할 때 그에 부수하는 단점들을 간과하는 경우가 허다하거든요. 심지어는 그런 단점들이 이미 잘 알려져 있더라도 장점보다 단점을 더 크다고 착각하는 경우도 문제입니다. (보통 이미 그 기법을 사용해서 게임을 출시한 개발자들이 하는 이야길 듣는게 검증인데…. 그 개발자들이 컨퍼런스에서 발표를 할 때는 당연히 단점보단 장점을 부각시키는게 일반적이라지요.)

디퍼드 라이팅

제가 요번에 적어드릴 경험담은 디퍼드(deferred) 렌더링에 대해서 입니다. 이미 아시는 분들은 아시겠지만 스페이스마린은 자체 개발한 디퍼드 라이팅(deferred lighting) 엔진을 씁니다. 뭐 찾아보면 좀 더 있겠지만 제가 당장 생각하는 퍼드 라이팅 렌더러의 장단점은 다음과 같습니다. (제가 생각하는 중요도 순서로…)

장점

  1. 포워드(forward) 렌더링에 비해 사용할 수 있는 광원의 수가 많다. (예, '물체당 광원 3개' 라는 제한이 없어짐)
  2. 대부분의 조명을 동적으로 처리함으로 아티스트들의 작업시간이 빨라진다.
  3. 화면공간에서 행하는 후처리(post-processing) 기법들을 사용하기 쉽다. (예, SSAO, Screen Space Decal 등)

단점:

  1. (반)투명한 물체 처리가 골아프다.
  2. 하드웨어 자체적으로 앤티에일리어싱(anti-aliansing)을 처리하기 힘들다.
  3. 메모리를 좀 더 많이 잡아먹는다. (화면 해상도 크기의 렌더타겟들이 여러 개 필요)

스페이스 마린에서 디퍼드를 사용한 이유

원래 시작은…

스페이스 마린에서 디퍼드 렌더링을 사용한 이유는 사실 역사적인 이유가 강합니다. 스페이스 마린을 만들기 전에 Grand Theft Auto 류의 오픈월드 게임을 제작하고 있었는데 이 때 (2008년 중순) 다음과 같이 디퍼드 라이팅 엔진을 판단했었습니다.

  • 오픈월드 게임이니 광원의 수가 꽤 많겠군? 디퍼드가 좋겠어. (장점 #1)
  • 아무래도 밤낮이 바뀌는 효과가 있어야 하니 동적 조명이 좋겠는걸? (장점 #2)
  • 근데 배경이 도시니까 투명한 물체가 꽤 필요하겠는데? (단점 #1)…. 으음… 뭐 투명한 물체는 디퍼드 말고 따로 포워드로 그려줘야겠군.. (어쩔수 없는그럴듯한 해결책)
  • 근데 앤티에일리어싱은 어쩌지? (단점 #2) 아직 1~2년 남았으니 나중에 고민해보지 뭐…(대충 책임 회피 -_-)

근데 이 게임이 한 6개월 만에 취소됩니다. 게임 자체에 문제는 아니었고 THQ가 구조 조정을 하면서 그 당시 스페이스 마린 게임을 개발중이던 THQ 호주 스튜디오를 문을 닫았죠. 워낙 렐릭이 워햄머 40,000 게임을 잘 만드는 회사로 유명했던지라 저희쪽에서 대신 해달라고….

그래서 처음부터 다시 스페이스마린을 만들었습니다. -_- (THQ 호주에서 만들어 놨던건 하나도 안썼죠.. 저희가 원하는 방향과 너무나 달라서…)

그리고 다시 결정을 내리기엔…

자, 그럼 이번엔 스페이스마린을 만들기로 했으니 다시 한 번 렌더링 엔진에 대해 고민해볼 차례인데… 이 때 (2009년) 저희의 생각은 이랬습니다.

  • 과연 광원의 수가 많을까? (장점 #1이 시들해짐)
  • 밤낮이 바뀌는 효과도 없는데? (장점 #2도 시들해짐)
  • 그런데… 아티스트들이 이미 디퍼드 라이팅에 맛을 들여서(iteration 시간이 매우 빨라졌어요… 모든게 동적 조명이니) 매우 원함… (장점 #2가 다시 살아남)
  • 또한 디퍼드에 기반해서 구현한 Screen Space Decal을 역시 아티스트들이 너무 좋아함 (장점 #3)
  • 서기 40,000년엔 투명한 유리창 따윈 이미 다 뽀개지고 없으니.. 투명한 물체는 그닥 문제가 안될 거야.. (단점 #1이 좀 완화됨)
  • 근데 앤티에일리어싱은 어쩌지? (단점 #2)요즘들어 이 분야에 대한 좀 발전이 있으니(Kill Zone 2가 SSAA를 대충 사용할 때..) 좀더 기다려보지.. (여전히 책임 회피… -_-)
  • 그럼 딱히 디퍼드를 할 이유가 없지 않아?….. 응… 없지…. 근데 이미 만들어 놓은거 다시 포워드로 돌리는 데 드는 시간과 비용이 과연 값어치가 있을까?……… 없군……

그래서 결국 디퍼드로 그냥 가기로 했죠. 최소한 아티스트들이 작업을 빨리할 수 있으니까 비주얼 품질이 높아질거라 생각했거든요. 그리고 그건 현실이 되었죠. 아티스트들이 여러번 손 대니까 확실히 스페이스마린의 비주얼 퀄리티도 상승.

screenshot 1 screenshot 2

그래서 단점은 어케 극복을?

그리고 시간은 흐르고 흘러서 2011년 9월 스페이스 마린을 출시했죠. 그렇다면 저 단점들은 어떻게 극복 했을까요?

투명한 물체

"서기 4만년엔 모든 유리들이 뽀작나서 더이상 투명한 물체가 없습니다 -_-;" 는 저희가 장난처럼 한 말이었는데… 사실 저희 게임에서 투명한 물체가 거의 없습니다. 종류따라 다음과 같이 처리했어요.

  1. 알파테스트: 반투명 블렌딩을 하기 보다 대부분의 물체는 완전투명 아니면 완전 안투명의 두가지로 처리했습니다. 이러면 디퍼드를 사용할 수 있죠.
  2. Screen Space Decal(SSD): 다른 물체의 표면에 찰싹 붙은 반투명한 물체는 SSD로 처리했습니다. SSD에 대한 자세한 내용은 위에 링크 걸어드린 발표자료를 참조하시길. 역시 깊이버퍼를 업데이트할 필요가 없는 놈들이라 디퍼드에 무난히 사용가능
  3. 특수 쉐이더: 머리카락에만 쓴 쉐이더인데 딱히 깊이 버퍼를 업데이트 하지 않고 머리통에 있는 법선 조명 정보를 대충 가져다가 씁니다. 즉 디퍼드도 포워드도 아닌 이상한 꼼수를 썼죠.
  4. 파티클: 파티클은 여전히 포워드로 했습니다. 워낙 투명하니… 저희 파티클 시스템은 또 워낙 빨라놔서.. (파티클 질을 저렇게 해도 콘솔에서 2.75 ms 밖에 안걸림)

이래서 투명한 물체는 해결… 사실 이걸 해결할 수 있던 가장 큰 원인은 아티스트들의 워크플로우를 뚜렷하게 정했다는 거에요. 뭐는 안되고 뭐는 되고를 확실히 알려줬고.. 안되는게 있으면 그걸 성취할 수 있는 다른 방법을 제시했고요.

앤티에일리어싱

그럼 앤티에일리어싱은 어떻게 해결을 했을까요? 사실 운이 좋았죠… -_-

다행히도 게임을 출시할 때쯤 해서 MLAA(God of War 3, The Saboteur)와 FXAA라는 기법들이 이미 개발되었었고… 저희도 FXAA에서 영감을 받아서 그것보다 한 0.1ms 정도 빠른 자체 기법을 개발했습니다. 한 0.8ms 걸렸죠. FXAA라고 해봐야 화면의 색상(또는 조도)을 대충 분석해서 갑자기 픽셀값이 변하는 부분을 적당히 블렌딩 해주는 기법이거든요.

콘솔에서 사용하는 FXAA 기법은 사실 좀 화면에 흐릿해진다는 단점이 있습니다. (PC버전과 달라요) 그래도 스페이스 마린의 비주얼은 만화스럽기보단 사실적에 좀 더 가까워서… 약간 흐릿해져도 큰 문제가 없었죠. (만화처럼 색이 강렬하고 짜잘한 디테일들이 막 들어가있으면 이렇게 흐릿해지는게 문제가 많아요.) 그래서 운좋게 대충 무사히 해결…

지금와서 생각하는데 타사의 개발자들이 이런 기법들을 개발해 놓지 않았다면, 거기에서 영감을 받지도 못했을거고… 그러면 스페이스마린은 앨리어싱 때문에 꽤 타격을 받았을 거 같아요. 그렇다고 Gears of Wars 3처럼 아예 앤티 엘리어싱을 꺼버릴수도 없는거고… 운이 좋았죠. 책임회피는 했지만 운이 좋은…. -_-v

그렇다고 다 우리처럼 운이 좋을리는 없지

그리고 스페이스마린을 출시한 뒤, 다른 회사의 게임을 좀 도와줬습니다. 몇 년전에 출시했던 게임의 후속작인데요. 따라서 그래픽 쪽으로는 특별히 손봐줄게 없겠다고 생각했죠. 어차피 컨텐츠만 좀 바꾸면 되니까. 그래픽 쪽은 좀 빠르게 만들어주거나 눈사탕 몇 개만 슬쩍 추가…?

근데 … 아.뿔.사… -_- 소스코드를 열어보니… 포워드로 잘돌던 그래픽 엔진을 디퍼드로 바꿔버렸더군요….. 과연 왜 그랬는지 마땅히 말해주는 개발자들이 없어서.. 혼자 장단점을 따져봤습니다.

  • 광원의 수가 전 게임에 비해 늘었니? 아니… 거의 똑같은데… (장점 #1 실패 -_-)
  • 그럼 아티스트들의 작업시간은? 그림자를 오프라인에서 baking 하지 않으니 빨라짐… (장점 #2)…. 근데 그림자 품질이 오프라인 처리할 때보다 저하되서 다시 baking을 시작하고 있음.. (결국 장점 #2 실패 -_-)
  • 화면공간에서 하는 후처리 기법은? 저번 게임하고 그닥 달라진게 없음… SSAO 정도 추가했나? (미약한 장점 #3)
  • 반투명한 물체는? 화면의 절반… -_- 여전히 포워드로 처리함… 한 10 ms 걸림… 쿨럭 -_- (심각한 단점 #1)
  • 앤티에일리어싱은? 아직 구현 안했었음… 스페이스마린에서 사용한 AA를 구현해줬으니 게임자체의 색상이 화려한 편이라 흐릿함이 눈에 거슬림…. 이걸 제대로 고치려면 PC버전에서 쓰는 FXAA를 써서 3ms낭비하거나… 아니면 깊이 및 법선 비교까지 해야함. 이러면 2.6 ms 정도 걸림…. (단점 #2)

아무리 생각해도 디퍼드로 갈 이유가 없는 게임이더군요. 아직도 정확한 이유는 모릅니다. 왜 디퍼드로 가기로 결정했는지…. '이론상으로' 포워드보다 낫다고 생각했고… 새로운 기법에 대한 짜릿함 때문에 그렇게 결정해버린 게 아닌지.. 생각만 할뿐….. 처음 게임이 더 비주얼이 좋을 거 같아요……버럭!

대충 정리

글만 주저리주저리 길게 쓰는 놈이라.. 대충 이 일화의 교훈(?)을 정리.

  1. 새로운 기법을 도입하기 전에는 반드시 장/단점을 반드시 따져볼 것. 특히 단점을 위주로…1. 그 기법을 이용해서 게임을 출시한 사람들이 발표하는 장/단점은 언제나 장점에 치우쳐 있음. 단점의 심각함을 2배로 곱해서 생각할 것…
  2. 그 기법을 이용해 컨텐츠를 제작할 아티스트 및 디자이너들을 프로토타입 과정에 포함시킬 것. 그 개발자들의 피드백이 좋지 않으면 그 보다 큰 단점이 없음.
  3. measure, measure and measure!: 언제나 실제로 성능을 측정해볼 것….