UE2의 Overlay Shader와 초기 Post Process Effect

 

GPU의 역사 - 1 : FFP에서 SIMD까지

이전 글과 이어지는 게시글입니다.

 

UE2의 등장

 UE2는 2001년에 빌드 633 형태로 처음 공개되었습니다. 2001년 이전의 GPU는 대부분 FFP(Fixed Function Pipeline) 기반이었지만, DirectX 8 세대에 들어서면서 픽셀 셰이더와 버텍스 셰이더를 활용할 수 있게 되었습니다. UE2는 이러한 변화에 맞추어 GPU 가속 렌더링과 멀티플랫폼을 고려한 구조로 설계되었고, 이때부터 고정 함수 결과에 셰이더 출력을 조합(Combine) 하는 형태의 Material 처리 방식이 자리 잡기 시작했습니다. 이 과정에서 지금의 Material System으로 이어지는 초기 형태의 조합 기반 효과(= Add, Mul, Lerp 등을 활용한 간단한 Overlay 스타일 처리)가 사용되었고, 이후 언리얼 엔진 3에서 노드 기반 Material Editor로 확장되며 우리가 알고 있는 Overlay 계열 블렌딩이 정식 기능으로 자리 잡게 됩니다.

Rendering Pipeline

Fixed-Function Pipeline

 앞서 설명드린 것 처럼 DirectX8 이전 버전은 FFP 기반이었고, DirectX9 초기까지도 FFP를 기반한 Rendering Pipline형태였습니다. (위 이미지 참고) Diffuse Lighting, Lightmap 같은 연산은 여전히 하드웨어 단계에서 단계적으로 수행하였죠. 여기까지는 Programmable Shader가 개입할 수 없었습니다.

Execute Shader

 완전한 형태의 Programmable은 아니었지만 Pixel Shader Stage가 생기면서 UE2에도 부분적으로 Shader가 들어오기 시작했습니다. 조명 보정을 위한 NormalMap, Overlay에 쓰일 추가 색 계산까지, 드디어 Pixel Shader Stage가 하드웨어에 고정된  형식이 아닌 프로그래머가 작성한 코드를 통해 하드웨어에서 실행할 수 있게 된 것입니다.

Combine Process

 그렇게 Pixel Shader Stage에서 실행된 코드가 Combine Process를 타고 FFP의 결과물에 Overlay되게 됩니다. UE2 시절의 Overlay는 Add/Multiply 기반의 단순 조합이었음에도 언리얼엔진의 초기 머터리얼 시스템의 개념적 기반이 될 수 있었습니다. 즉, 텍스처 샘플링 결과와 셰이더에서 계산된 값을 다양한 방식으로 섞어 최종 색을 만드는 개념이 이때 자리를 잡기 시작한 것입니다. 이 개념은 UE3에서 노드 기반 머터리얼 시스템으로 확장되며 지금과 같은 형태까지 발전하게 됩니다.

Pixel Output

 그렇게 최종적으로 픽셀이 화면에 출력되게 됩니다. Pixel Output은 GPU 파이프라인의 End Point이지만, 그 이전 단계에서 FFP 연산, 쉐이더 계산, 조합 과정 등 다양한 처리가 누적되며 최종적인 화면이 구성됩니다. 즉, 우리가 보는 한 장의 화면은 여러 단계의 계산이 겹쳐 만들어진 결과물인 셈입니다.

Epic Games, Post Process 설명에서 발췌

Post Process Effect

 UE2 후반에 와서 카툰 렌더링(셀 셰이딩 + 외곽선 추출)을 비롯한 다양한 Post Process Effect가 가능해졌습니다. UE2당시의 Post Process는 단순히 화면 렌더링을 한번 더 샘플링 하는 단순 스크린 패스 수준이었지만 UE3에서 실질적인 체계가 확립되고 UE4에서 영화 렌더러 수준까지 진화할 정도의 무서운 약진이라 할 수 있습니다.

 

맺는 말

기술을 배울 때 그 변화의 흐름을 함께 이해하면 구조가 더 명확하게 잡히고, 어떤 설계 철학으로 발전해 왔는지도 선명하게 드러납니다. 언리얼 엔진은 이제 게임뿐 아니라 영화, 건설, 시뮬레이션 등 다양한 분야에 활용되는 범용 실시간 엔진이 되었고, 그중 UE2는 렌더링 시스템의 기반이 형성되던 중요한 시기였습니다.

 오늘은 UE2의 Overlay와 Post Process Effect를 간단히 정리해보았습니다. 다음 글에서는 UE3에서 본격적으로 확립된 머티리얼 시스템과 렌더링 변화에 대해 이어 설명하겠습니다.