픽셀 샘플링에 의한 반 에일리어싱 방법 및 시스템 document_id A220623051412

3차원 그래픽의 실시간 렌더링(rendering)은, 게임, 인간-기계 인터페이스, 메시징 및 e-커머스를 포함하는 이동 단말기 상의 많은 매력적인 응용을 갖는다. 3차원 렌더링이 통상적으로 계산상 고가의 태스크이므로, 수용 가능한 성능을 달성하기 위해 전용 하드웨어가 종종 구축되어야 한다. 따라서, 이 하드웨어 구조의 계산 복잡성 및 대역폭 사용을 낮추는 혁신적인 방식이 매우 중요하다. Akenine-Moller, Tomas and Jacob Strom, "Graphics for the Masses: A Hardware Architecture for Mobile Phones," ACM Transactions on Graphics, vol.22, no.3, Proceedings of ACM SIGGRAPH 2003, pp. 801-808, July 2003에 기재되어 있는 바와 같이, 그것은, 평균 눈 대 픽셀 각(eye-to-pixel angle)이 개인용 컴퓨터(PC)에 대한 것보다 이동 전화에 대해 약 2-4 더 큰 것으로 나타내었다. 따라서, 이동 장치 상의 이미지 품질은 이상적으로 PC에 대해서보다 더 좋아야 한다. 그러나, 이동 장치는 통상적으로 다소 강력한 계산 자원을 갖고 있다. 초창기 컴퓨터 그래픽부터, 에일리어싱(aliasing)은 디스플레이 상에 정지 또는 이동 화상을 제공할 시에 문제가 된다. 일례의 에일리어싱은 라인이 비스듬히 그려질 시에 디스플레이 단말기 상에서 시각적으로 표시되는 계단상(stair-step) 효과이다. 이들 계단상 아티팩트(artifact)는 일반적으로 "재기스(jaggies)"라 한다. 3차원 렌더링 중에, 다각형의 가장자리는 종종 현저한 에일리어싱 아티팩트를 생성시킨다. 반 에일리어싱 기술을 이용하여 이들 아티팩트를 감소시키는 것이 바람직하다. 에일리어싱으로 인한 화상의 아티팩트를 감소시키는 한가지 접근법은 수퍼샘플링으로서 공지된 것을 이용하는 것이다. 수퍼샘플링 접근법에서는, 디스플레이될 픽셀당 하나 이상의 점으로 화면(scene)이 샘플링되고, 최종 이미지는 이 샘플로부터 계산된다. 수퍼샘플링의 특정 경우로서, 멀티샘플링 기술은 또한 이 화면을 픽셀당 하나 이상의 점으로 샘플링하지만, 단편 셰이더(fragment shader) 계산(예컨대, 텍스쳐 및 칼라)의 결과는 픽셀의 샘플 간에 공유된다. 멀티샘플링 알고리즘은, 일반적으로, 단일 통과 시 픽셀당 하나 이상의 샘플을 취해, 그리드 셀에 대한 샘플 중에서 계산을 공유하는 것이다. 반 에일리어싱으로의 수퍼샘플링 접근법에서, 스크린상에 디스플레이되는 최종 해상도보다 높은 해상도로 화상이 렌더링되어, 픽셀당 하나 이상의 샘플을 생성시킨다. 그 후, 각 픽셀에 대한 샘플은 평균화되어, 예컨대, 픽셀의 칼라를 형성한다. 이것은, 디스플레이될 각 픽셀에 대한 다수의 서브픽셀 샘플을 렌더링하여, 각 픽셀의 값을 서브픽셀 샘플 값의 웨이트된 합으로 계산함으로써 행해진다. 예컨대, 각 디스플레이된 픽셀은 픽셀 내부의 4개의 서브픽셀 샘플의 그룹의 필터된 웨이트된 합으로 이루어질 수 있다. 수퍼샘플링 접근법의 결과로서, 그래픽 하드웨어는 각 디스플레이된 픽셀에 대한 많은 샘플의 4배를 처리해야 한다. 이 반 에일리어싱 방법은 종종 억지(brute-force) 수퍼샘플링으로 지칭된다. 억지 수퍼샘플링은 이미지의 품질을 크게 증대시키지만, 메모리 및 렌더링 시간에 의해 고 페널티를 받는다. 예컨대, 타겟 이미지의 폭 및 높이가 w × h이라고 가정한다. 2w × 2h의 해상도가 억지 수퍼샘플링에 이용되면, 픽셀당 4개의 샘플이 이용되고, 많은 메모리의 4배뿐만 아니라 래스터화(rasterization) 시간의 4배가 필요로 된다. 수퍼샘플링이 양호한 화상 품질을 제공하지만, 그것은 무거운 계산 부담(burden)으로 인해 저 프레임율을 생성시킬 수 있다. 반 에일리어싱된 픽셀을 생성하기 위한 계산 부담을 낮추기 위해, 서브픽셀 샘플 위치가 하나 이상의 샘플 위치의 값이 하나 이상의 픽셀에 대한 최종 값을 계산하기 위해 이용될 수 있도록 하는 위치에 배치되는 수정된 수퍼샘플링 기법이 이용될 수 있다. 이런 종류의 수퍼샘플링 기법은 종종 샘플-공유 기법으로 지칭된다. 샘플을 공유함으로써, 픽셀당 4 미만의 샘플을 획득할 수 있다. 멀티샘플링은 때때로 대역폭 요구 조건을 더 감소시키는데 이용될 수 있는데, 그 이유는 계산의 부분이 픽셀 내부의 모든 샘플에 의해 공유될 수 있기 때문이다. 미국, 산타 클라라, NVIDIA Corporation으로부터의 GeForce3TM 그래픽 처리 유닛은 픽셀 간의 서브샘플의 공유 및 수퍼샘플링을 지원하는 하드웨어를 제공한다. 수퍼샘플링 기법은, "Quincunx"가 다이 상에 "5"의 형식의 서브픽셀 샘플 패턴을 제공하는 것으로 지칭된다(즉, 5개의 서브픽셀 샘플이 최종 픽셀의 값을 계산하는데 이용된다). Quincunx 기법의 샘플 위치의 배치로 인해, 픽셀당 2개만의 샘플이 계산될 필요가 있다. 이 샘플 값의 나머지는 이웃한 픽셀로부터 획득된다. 중심 서브픽셀 샘플에는 0.5의 웨이트가 주어지지만, 주변 서브픽셀 샘플에는 제각기 0.125의 웨이트가 주어진다. Quincunx 기법에 관한 정보는 NVIDIA Corporation으로부터의 "Technical Brief, HRAA: High-Resolution Antialiasing through Multisampling"에서 찾을 수 있다. 단색 기법에서 블랙과 화이트 간의 많은 그레이 레벨은 얼마나 많은 픽셀 샘플 포인트가 이용되는 가에 의존한다. 4개의 픽셀 샘플 위치가 이용되는 예에서는, 블랙과 화이트 간에는 기껏해야 3개의 그레이 음영(shade)이 있을 것이다. 결과적으로, 상술한 Quincunx 기법은 기껏해야 4개의 그레이 음영을 제공한다. 그러나, Quincunx 기법에 대한 그레이 음영의 유효 수는 2만큼 적을 수 있다. Quincunx 기법에서, 샘플 포인트는 수직, 수평 및 450 방향으로 라인을 형성하며, 이는 Quincunx 기법이 일부 라인 방향에 대한 일부 다른 기법보다 불량하게 실행하도록 한다.