강좌 소개 - 리얼타임 렌더링 기본 (epicgames.com)

• 실시간 렌더링은 복잡하고 요구사항이 많다.

• 따라서 우리는 가능한 한 많은 것을 사전에 계산된 단계로 오프로드하려고 한다.

• 또한 우리는 종종 도전을 극복하기 위해 다양한 해결책의 조합이 필요하다.

• Scalability

  • 실시간 렌더링은 언제든지 그래픽 품질을 변경할 수 있고, 또 그러한 변경을 요구한다.
  • 이는 컨텐츠가 많은 다양한 종류의 기기에서 실행될 수 있도록 스케일을 조정할 수 있게 한다.
  • 이러한 Scalability은 엔진과 도구에 깊이 내재되어 있다.
  • R. commands는 한 예이다. (모두 엔진 퀄리티 명령이다)
  • 좋은 성능을 유지하는 것은 Scalability 설정을 숙달하고 콘텐츠를 올바르게 제작하는 것의 조합이다.

• 렌더링의 두 가지 방법

  • Deffered Rendering, Forward Rendering
  • 언리얼 엔진은 기본적으로 Deffered Rendering을 사용하지만 Forward Rendering도 가능하다
  • Deffered Rendering은 대부분의 콘텐츠에 가장 적합하다
  • Deffered Rendering은 더 복잡한 애플리케이션에 대해 안정적이고 더 나은 성능을 제공한다
  • Forward Rendering은 더 단순한 사용이나 하드웨어의 한계가 있는 경우(모바일, VR) 더 빠른 성능을 제공한다
  • Deffered Rendering은 더 많은 렌더링 기능을 지원한다
  • Forward Rendering에서의 MSAA는 더 나은 안티앨리어싱을 제공한다.
  • Deffered는 TAA(Temporal Anti-Aliasing)만을 제공한다. 약간의 고스트 현상이 발생됨.
  • 대부분의 문서, 튜토리얼 및 기타 콘텐츠는 Deffered Rendering을 기반으로 한다.

• GBuffer

  • deffered renderer는 GBuffer를 사용한다. - 각 프레임마다 한 세트의 이미지
  • 이 이미지들은 렌더링 과정의 후반 단계에 필요한 모든 정보를 포함하고 있으며, 이 때 하는 작업이 real-time compositing이다. 화면을 다양한 버전으로 렌더링 출력한 뒤 그룹화하여 GBuffer에 두고 GBuffer에 있는 여러 버전을 활용하여 렌더링 프로세스에서 다른 작업을 할 때 사용할 수 있다. 예를 들어 씬에 포그를 적용하려면 씬의 depth를 알아야 한다. 앞서 저장한 GBuffer 패스에서 depth를 캡처한다. 이 작업은 전부 백그라운드에서 진행된다.
  • 이 과정은 전부 background에서 일어나지만, 이것이 무엇인지 이해하는 것은 실시간 렌더링이 어떤 점에서는 좋고 어떤 점에서는 그렇지 않은지에 대해 관점을 제공한다.

• Pixel and Vertex Shaders

  • 렌더링하는 동안 종종 간단한 계산이 엄청나게 반복되어야 한다
  • 이는 일반 프로세서로 처리하기에 느리므로 이에 전념하는 하드웨어와 소프트웨어가 도입되었다.
  • 다양한 타입의 셰이더는 본질적으로 GPU 아키텍처의 전용 부분에서 반복적으로 실행되는 작은 계산이다.
  • 실시간 렌더링을 하는 방법의 핵심이며 어떻게 렌더링하고 성능이 손실되는지에 있어 중대한 영향을 미친다
  • 입력 값이 주어지고, 예를 들어 픽셀의 현재 색상 같은 것에 계산이 적용되어 새로운 값이 출력된다
  • 픽셀 셰이더는 픽셀 당, 버텍스 셰이더는 모델의 버텍스 당 작동한다
  • 모든 실시간 조명, 음영, 재질의 렌더링, 안개, 후처리 효과 등 많은 것들이 픽셀 셰이더에서 처리한다

Deffered Rendering과 Forward Rendering은 렌더링 파이프라인에서 사용되는 두 가지 주요 방법입니다.

Deffered Rendering은 렌더링 과정을 두 단계로 나눕니다. 첫 번째 단계에서는 각 픽셀의 기본 정보(위치, 색상, 노멀, 스펙큘러 등)만을 기록하는 G-Buffer를 생성합니다. 이후 두 번째 단계에서는 이 G-Buffer에 기록된 데이터를 사용하여 조명 계산을 합니다. 이 방식의 장점은 여러 조명을 효율적으로 처리할 수 있다는 것입니다. 많은 수의 동적 라이트가 존재할 때 특히 유리하며, 각 조명에 대한 계산을 픽셀 단위로 분리하여 수행하기 때문에 복잡한 조명 효과를 구현할 수 있습니다. 그러나 G-Buffer를 사용함으로써 많은 메모리와 대역폭을 필요로 하며, 특히 고해상도에서는 이 문제가 더욱 심각해집니다.

Forward Rendering은 더 전통적인 렌더링 방식으로, 객체를 화면에 그릴 때 각 객체의 모든 라이팅 계산을 한 번에 수행합니다. 이 방식은 각 픽셀에 대해 적용될 조명을 미리 알고 있어야 하며, 조명의 수가 증가할수록 성능에 더 큰 영향을 미칩니다. 하지만, 메모리 사용량과 대역폭 요구사항이 Deffered Rendering보다 낮고, 투명한 물체나 다양한 쉐이더 효과를 구현하기에 더 적합합니다.

Unreal Engine 5.3에서는 Deffered Rendering을 기본적으로 사용하지만, 사용자의 필요에 따라 Forward Rendering을 선택할 수도 있습니다. 두 방식 모두 다양한 장단점이 있으며, 개발자는 자신의 프로젝트 요구사항과 성능 목표에 따라 가장 적합한 렌더링 방법을 선택해야 합니다.

• Frame time is in milliseconds (ms)

  • 1 s = 1000 ms
  • 초당 30프레임 ⇒ 1프레임당 33.3 ms
  • 프레임 시간이 퍼포먼스를 측정하기에 더 좋은 방법이다.
  • stat fps 명령어로 프레임 시간을 확인할 수 있다.
  • t.maxfps 600 명령어로 fps 제한을 없앨 수 있다. 퍼포먼스를 테스트할 때는 보통 프레임 속도 제한을 제거하는 것이 좋다. 실제 작업한(최적화) 효과를 확인할 수 있기 때문이다.
  • stat unit 명령어로 더 많은 정보를 확인할 수 있다. 여기서 Frame은 총 프레임 시간이다. 가장 중요한 것은 Game과 GPU이다.

• CPU (Game)

  • Animations
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  • Collision
  • AI
  • Spawning/Destroying
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  ⇒ 무언가의 위치/회전을 변경하는 모든 것

• GPU

  • Lighting
  • Rendering of models
  • Reflections
  • Shaders
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