앤티앨리어싱 모범 사례

Qt Quick 3D 3D 모델을 렌더링할 때 앨리어싱(거친 가장자리)을 해결하는 방법은 여러 가지가 있습니다. 각 기법마다 고유한 장점과 한계가 있습니다. 여러 기법을 결합할 수도 있지만, 이 경우 성능에 추가적인 부담이 따릅니다.

앨리어싱의 일반적인 개념

앨리어싱은 원본에 포함된 정보량이 화면의 픽셀로 표현할 수 있는 양보다 많을 때 발생합니다. 앤티앨리어싱 기법은 크게 세 가지 범주로 나뉩니다:

• 단일 픽셀에 대한 추가 정보를 찾아내어 이를 모두 동시에 표현하는 기법.
• 이미지에서 보기 흉한 부분을 찾아내어 문제를 덮어두려는 이미지 효과.
• 한계를 우회하기 위해 아티스트들이 사용하는 기법.

앤티앨리어싱은 그래픽 렌더링에 유용한 도구이지만, 현명하게 사용하지 않으면 애플리케이션의 성능에 영향을 미칠 수 있습니다. 다음 섹션에서는 선택할 수 있는 몇 가지 앤티앨리어싱 기법을 설명합니다. 어떤 기법이 문제 해결에 가장 적합한지 이해하면, 시각적 품질과 충분한 렌더링 속도의 균형을 맞추는 데 도움이 될 것입니다.

지오메트리 앨리어싱

기본적으로 모든 지오메트리는 화면상의 픽셀 단위로 하나씩 렌더링됩니다. 아래 이미지의 왼쪽에서 볼 수 있듯이, 이로 인해 대비가 높은 경우, 특히 여기에서처럼 흑백 화면에서는 눈에 띄게 거친 가장자리가 남게 됩니다.

지오메트리 앨리어싱을 줄이는 효과적인 기법

이 문제를 해결하는 가장 올바른 방법은 멀티샘플 앤티앨리어싱( Multisample Anti-Aliasing)을 사용하는 것입니다. 이 방법은 필요한 경우에만 더 많은 기하학적 디테일을 수집하기 때문입니다. 시간 기반 앤티앨리어싱(Temporal Anti-Aliasing )이나 프로그레시브 앤티앨리어싱(Progressive Anti-Aliasing )을 사용하는 것도 이 문제를 올바르게 완화할 수 있습니다.

마지막으로, 특정 경우에는 실루엣 불투명도 맵을 사용하여 지오메트리의 가장자리를 부드럽게 다듬을 수 있습니다.

텍스처 앨리어싱

텍스처가 서브샘플링되면 원본보다 적은 수의 픽셀이 표시되며, 이로 인해 선택된 픽셀에 따라 원치 않는 아티팩트가 발생합니다. 모델이 움직일 때면 각기 다른 시점에 서로 다른 픽셀이 선택되기 때문에 이 현상은 더욱 심해집니다. 아래 이미지에서 E3와 F3 사이의 선이 누락되어 있고, G3와 H3 사이에서는 선이 뚜렷하게 나타나다가, 그 다음 5개 열에서는 다시 사라지는 등의 패턴을 확인할 수 있습니다.

텍스처의 앨리어싱을 줄이는 효과적인 기법

이 문제를 해결하는 가장 간단하고(아마도 가장 효과적인) 방법은 이미지 텍스처 자체에 밉매핑을 적용하는 것입니다. 다른 해결책으로는 텍스처에서 더 많은 정보를 추출하기 위해 시간적 안티앨리어싱(Temporal AA )이나 프로그레시브 안티앨리어싱(Progressive AA )을 사용하는 방법이 있습니다.

멀티샘플 앤티앨리어싱(Multisample Anti-Aliasing )을 사용해도 이 문제는 해결되지 않습니다.

반사 앨리어싱

텍스처 앨리어싱과 마찬가지로, 주변 환경을 반사하는 머티리얼은 이미지를 서브샘플링합니다. 아래 이미지의 왼쪽에서 볼 수 있듯이, 미세한 디테일이 생략될 때 이 현상이 뚜렷하게 드러나는 경우가 있습니다.

반사 시 앨리어싱을 줄이는 효과적인 기법

이 경우 가장 올바른 해결책은 시간 기반 AA(Temporal AA ) 또는 점진적 AA(Progressive AA )를 사용하여 추가 정보를 찾아내는 것입니다.

용납할 수 있는 간단한 대안으로는 재질의 광택을 줄이고 표면을 더 거칠게 만드는 방법이 있습니다. 이 경우 환경의 저해상도 밉맵이 자동으로 사용되어 선명한 디테일들이 자연스럽게 어우러지게 됩니다.

안티앨리어싱 기법 Qt Quick 3D

아래는 몇 가지 앤티앨리어싱 기법을 활성화한 상태에서 Sponza 장면을 렌더링한 예시입니다. 스크린샷은 창에 시스템 스케일링이 적용되지 않은 상태(고 DPI 스케일링 없음)에서 캡처되었으므로, 다양한 기법의 효과가 더욱 뚜렷하게 나타납니다.

멀티샘플 앤티앨리어싱

멀티샘플 AA(MSAA)는 ' View3D ' 항목의 색상 버퍼에서 작동하거나(이것이 기본값임), ' Offscreen ' 이외의 ' renderMode '가 사용된 경우에는 전체 ' Qt Quick ' 창에서 작동합니다(QQuickWindow, QQuickView, Window, ApplicationWindow).

지오메트리의 가장자리는 슈퍼샘플링되어 더 매끄러운 실루엣을 만들어 냅니다. 하지만 이 기법은 지오메트리 내부의 머티리얼에는 영향을 미치지 않습니다.

• 장점: 앨리어싱이 가장 두드러지게 나타나는 지오메트리 실루엣에서 좋은 결과를 보여줍니다. 빠른 애니메이션에서도 문제없이 작동합니다. 최근 출시된 많은 GPU는 성능 저하 없이 2배 또는 4배 MSAA를 지원합니다.
• 단점: 특히 구형 모바일 및 임베디드 하드웨어에서 사용 시 높은 처리 부하가 발생할 수 있습니다. 텍스처나 반사 문제에는 도움이 되지 않습니다.

View3D 가 기본 renderMode ( Offscreen)를 사용하는 경우, View3D 자체가 멀티샘플 앤티앨리어싱을 완전히 제어합니다. 애플리케이션은 View3D 와 연관된 환경(SceneEnvironment 또는 ExtendedSceneEnvironment)의 antialiasingMode 및 antialiasingQuality 속성을 통해 이를 구성할 수 있습니다.

다음 예제는 antialiasingQuality의 기본값이 SceneEnvironment.High 이므로, 일반적으로 사용되는 4x MSAA를 요청합니다.

View3D {
    environment: SceneEnvironment {
        antialiasingMode: SceneEnvironment.MSAA
    }
}

MSAA는 Qt 자체에서 구현되는 것이 아니라, 기본이 되는 3D API에 의해 수행됩니다. 따라서 성능과 품질은 하드웨어와 해당 3D API 구현 방식에 따라 달라질 수 있습니다.

시간적 앤티앨리어싱

시간적 AA는 View3D 의 컬러 버퍼에서 작동합니다. 프레임 사이에서 카메라가 아주 미세하게 흔들리며, 각 새 프레임의 결과가 이전 프레임과 블렌딩됩니다.

• 장점: 카메라의 미세한 흔들림 덕분에 그렇지 않으면 놓쳤을 실제 디테일을 포착할 수 있습니다. 성능에 미치는 영향이 적습니다.
• 단점: 빠르게 움직이는 물체는 한 프레임의 잔상을 유발합니다.

시간 기반 AA는 멀티샘플 AA와 결합할 경우 효과가 없습니다. 그러나 프로그레시브 AA와는 결합할 수 있습니다.

시간 기반 앤티앨리어싱을 제어하려면 환경의 ` temporalAAEnabled ` 및 ` temporalAAStrength ` 속성을 사용하십시오.

View3D {
    environment: SceneEnvironment {
        temporalAAEnabled: true
    }
}

프로그레시브 안티앨리어싱

프로그레시브 AA는 View3D 의 컬러 버퍼에서 작동합니다. View3D 에 의해 렌더링된 씬의 모든 콘텐츠가 움직임을 멈춘 후, 프레임 간에 카메라를 아주 미세하게 흔들어 주고, 각 새로운 프레임의 결과를 이전 프레임들과 블렌딩합니다. 프레임을 더 많이 축적할수록 결과물의 화질이 더 좋아집니다.

• 장점: 성능 저하 없이 디테일한 정지 이미지를 제공합니다.
• 단점: 시각적 변화가 발생하고 있는 경우에는 효과가 나타나지 않습니다. 8x PAA는 렌더링을 완료하는 데 1/8초(60fps 기준)가 소요되며, 이 시간이 눈에 띄게 느껴질 수 있습니다.

View3D {
    environment: SceneEnvironment {
        antialiasingMode: SceneEnvironment.ProgressiveAA
    }
}

antialiasingQuality 를 사용하여 블렌딩할 프레임 수(2, 4 또는 8)를 제어할 수 있습니다.

슈퍼샘플링 앤티앨리어싱

슈퍼샘플 AA는 View3D 의 컬러 버퍼에서 처리됩니다. 이 과정에서는 원래 크기보다 큰 컬러 버퍼(텍스처)를 생성한 다음, 이를 다운샘플링합니다. 이로 인해 리소스 사용량이 증가하며, 크기가 클 경우 스케일링 작업에 상당한 비용이 발생할 수 있습니다.

• 장점: 애니메이션에 대한 제한 없이 전체 장면에 대한 앤티앨리어싱을 제공합니다.
• 단점: 특히 구형 모바일 및 임베디드 하드웨어와 같이 그래픽 시스템의 필레이트로 인해 장면 성능이 이미 제한되어 있는 경우, 성능이 심각하게 저하될 수 있습니다.

View3D {
    environment: SceneEnvironment {
        antialiasingMode: SceneEnvironment.SSAA
    }
}

antialiasingQuality 를 사용하여 크기 배율(1.2, 1.5 또는 2.0)을 제어할 수 있습니다.

미프맵

밉맵핑은 텍스처와 함께 미리 계산된 저해상도 버전을 저장합니다. 텍스처가 더 작은 크기로 표시될 때마다 렌더링 시스템은 자동으로 이러한 저해상도 이미지(많은 디테일을 더 적은 픽셀로 압축한 것)를 사용합니다.

• 장점: 성능에 미치는 영향이 적습니다. 텍스처의 화질을 크게 향상시킵니다.
• 단점: 밉맵 체인을 생성하는 데 상당한 비용이 소요될 수 있으며, 일부 이미지 컨테이너 형식의 경우 이미지 에셋 자체에 밉맵 이미지를 미리 생성해야 할 수도 있습니다. 밉맵이 없는 동일한 이미지보다 그래픽 메모리를 33% 더 많이 사용합니다.

Qt가 Texture 에 대한 밉맵을 생성하고, 그래픽 셰이더에서 텍스처 샘플링을 수행할 때 밉맵 체인을 사용할 수 있도록 하려면, mipFilter 및 generateMipmaps 속성을 설정하십시오.

Texture {
    source: "image.png"
    mipFilter: Texture.Linear
    generateMipmaps: true
}

스페큘러 앤티앨리어싱

스페큘러 조명 효과로 인한 아티팩트는 스페큘러 앤티앨리어싱을 활성화하여 줄일 수 있습니다. 이러한 아티팩트는 일반적으로 밝은 점 형태로 나타나며, 때로는 깜빡이는 듯한 모습을 보이기도 합니다.

View3D {
    environment: SceneEnvironment {
        specularAAEnabled: true
    }
}

빠른 근사 항알리아싱

ExtendedSceneEnvironment 는 후처리 효과 형태의 또 다른 안티앨리어싱 방법을 제공합니다. FXAA를 활성화하려면 ‘ fxaaEnabled ’를 true로 설정하십시오.

import QtQuick3D.Helpers

View3D {
    environment: ExtendedSceneEnvironment {
        fxaaEnabled: true
    }
}

아티스트들이 사용하는 요령

실루엣 불투명도 맵

모델의 실루엣이 일관된 경우, 지오메트리의 바깥쪽 가장자리를 투명하게 만드는 불투명도 맵을 적용할 수 있습니다. 불투명도에 그라데이션을 사용하면 오브젝트의 가장자리가 부드럽게 사라지는 효과를 얻을 수 있습니다. 그러나 투명도 맵이 1픽셀 범위 내에서 완전히 불투명한 상태에서 완전히 투명한 상태로 직접 전환되더라도, 위 예시에서 볼 수 있듯이 결과에는 여전히 앤티앨리어싱 처리된 가장자리가 나타납니다. 이는 투명도 맵을 포함한 이미지 맵이 이차 선형 보간법을 사용하기 때문입니다.

• 장점: 일반적인 AA보다 더 부드러운 전환 효과를 보여줄 수 있습니다. 레이어 단위가 아닌 모델 단위로 적용할 수 있습니다.
• 단점: 오브젝트의 실루엣이 변경될 가능성이 있는 경우에는 사용할 수 없습니다. 투명도를 사용하는 여러 모델이 겹치면 필레이트 성능을 소모하게 되며, 이는 대개 매우 중요한 요소입니다.

머티리얼 또는 지오메트리 수정

위의 ‘반사 앨리어싱’ 이미지에서 볼 수 있듯이, 때로는 아트웍을 변경하는 것이 문제를 해결하는 가장 간단한 방법입니다. 모델 모서리에 시선을 분산시키는 스페큘러 반사가 나타난다면, 다음과 같이 자문해 보세요: 머티리얼을 더 부드럽게 만들 수 있을까? 지오메트리를 수정하여 반사 각도를 부드럽게 하거나 변경할 수 있을까? 환경 맵을 편집하여 급격한 경계를 줄일 수 있을까?