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HDR 렌더링(5)~HDR 렌더링의 역사와 동향(1)
[칼럼 핵심 요약]
HDR 렌더링의 기본적인 개념을 알게 된 곳에서 최근까지 HDR 렌더링의 기술 동향을 쉽게 되돌아 보자.🌐 원문 링크: HDRレンダリング(5)～HDRレンダリングの歴史と動向(1) (Mynavi News)
📅 원문 발행일: 2009-01-13 ｜ ✍️ 저자: 西川善司 (니시카와 젠지 / Zenji Nishikawa)
NOTE
💡 현대 그래픽스 관점에서의 발전사 (Modern Retrospective)
- HDR 디스플레이 하드웨어 보급: 본문 연재 당시(2008~2009년)에는 SDR 모니터 출력을 위해 FP16 버퍼를 톤 매핑하는 것이 목적이었으나, 현재는 1000nit 이상의 OLED/Mini-LED HDR 디스플레이가 대중화되어 ACES(Academy Color Encoding System) 기반의 광색역 HDR10 출력이 표준화되었습니다.
- 노출 적응 및 물리 기반 카메라: 현대 게임 엔진은 실제 카메라의 셔터 스피드, 조리개(f-stop), ISO 감도를 그대로 모사하는 물리 기반 노출(Physical Camera Exposure) 모델을 사용합니다.
📖 본문 해설
[원문 리드문] > HDR 렌더링의 기본적인 개념을 알게 된 곳에서 최근까지 HDR 렌더링의 기술 동향을 쉽게 되돌아 보자.
HDR 렌더링의 역사
HDR 렌더링의 기본적인 개념을 알게 된 곳에서 최근까지 HDR 렌더링의 기술 동향을 쉽게 되돌아 보자.
전절까지로, HDR 렌더링은 FP16-64 비트 버퍼와 같은 부동소수점(Floating-Point) 버퍼를 활용해 실시하는 것……라고 하는 논조로 해설해 왔다. 부동소수점(Floating-Point) 버퍼가 실장된 것은 DirectX 9세대/SM2.0 대응 GPU가 되고 나서이므로, 그때까지 HDR 렌더링의 실장은 없었는가 하면 실은 그렇지 않다.
그보다 조금 전에 '의사적인 HDR 렌더링'이라는 접근 방식으로 3D 게임에 구현된 예가 있다.
이 기술로 주목을 받은 것은 Xbox용 게임으로 발매된 'DOUBLE S.T.E.A.L'(분카사, 2002년)이다. 이것은 일본에서 개발된 게임으로, 의사적인 HDR 렌더링이었지만, 그 후의 진짜 HDR 렌더링의 구현에도 응용할 수 있는 수많은 기초 기술을 확립한 것이었다.
Xbox의 GPU는 DirectX 8세대 SM1.x 대응의 것으로, FP16-64비트의 부동소수점(Floating-Point) HDR 버퍼는 취급할 수 없었기 때문에, 통상의 int8-32비트의 정수 LDR 버퍼를 독특한 사용법을 해 의사 HDR 렌더링의 테크닉을 구현하고 있었다. 구체적으로는 αRGB 중, α부에 8비트/256단계에서는 표현할 수 없는 고휘도 정보를 격납하도록 하여 실현하고 있었다.
이 의사 HDR 렌더링 기술에 대해서는 본 연재 후의 회에서 해설할 예정이다.
「DOUBLE S.T.E.A.L」(분카사, 2002년)보다. 3D 게임에서 HDR 렌더링의 개조적 존재
2002년 후기, DirectX 9세대/SM2.0대응 GPU가 등장해, 부동소수점(Floating-Point) 버퍼가 서포트되게 되었지만, 멀티 샘플·앤티앨리어싱(MSAA:Multi-Sampled Anti-Aliasing) 처리를 적용할 수 없다고 하는 제약이 있었기 때문에, 실은, 이번은 DR S.T.E.A.L'적인 의사 HDR 렌더링의 구현이 주류가 되고 있었다.
2004년에 「본격적인 HDR 렌더링을 실장했다」라고 하는 촉감으로 등장한 3D게임 「HalfLife2」(Valve, 2004)에서도, α값에 RGB에 공통 이용되는 스케일치(배율치)를 넣어, 각 RGB의 값을 X=X×α×16으로 디코드한 것과 같은 의사 HDR 렌더링을 그 때문에, 동적인 톤 매핑은 실장되어 있지 않고, 환경 맵등도 HDR 정보는 잘라내는 유한 간이 실장이 되어 있었다.
"HalfLife2"(Valve, 2004)에서. 하늘의 태양은 HDR 정보가 활용된 블룸을 일으키고 있는데 수면에 비친 태양은 어두워지고 있다. HalfLife2에서는 텍스처에 HDR 정보가 반영되지 않았습니다.
2004년에는 DirectX 9세대/SM3.0 대응 GPU가 발표되어, FP16-64비트 버퍼의 블렌딩이 서포트되는 등, 그 실용성도 높아진다. 이에 따라 2005년경이 되면 서서히 FP16-64비트 버퍼를 활용한 HDR 렌더링 구현을 완수한 3D 그래픽 엔진도 서서히 등장하기 시작하지만 주류가 될 수 없었다. FP16-64비트 버퍼에 대한 안티앨리어싱 처리에 대응한 GPU가 ATI(현 AMD)의 Radeon X1000 시리즈에만 한정되어 경쟁 NVIDIA GeForce 6000/7000 시리즈에서는 대응하지 않았기 때문이다.
2006년이 되면 FP16-64비트 버퍼를 활용한 HDR 렌더링에 대한 연구가 진행되어 이를 구현한 3D 게임 그래픽이 늘어난다. 이것은, 2005년 말에 발매된 Xbox 360의 등장의 영향도 적지 않았다고 생각된다. Xbox 360의 GPU는 DirectX 9세대/SM3.0 대응의 GPU로, 3D 게임 그래픽스의 설계가, DirectX 9세대/SM3.0 대응의 GPU를 전제로 한 것이 되어 왔기 때문이다. (계속)
「AGE OF EMPIRES III」(ENSEMBLE STUDIOS, 2005)는 메인 스트림 PC 게임 작품으로서는 처음으로 FP16-64 비트 버퍼에 의한 HDR 렌더링을 채용한 타이틀이 되었다
(트라이Z 니시카와 젠지)