[DirectX 12] #1-3. 렌더링 파이프라인 OT
들어가며
게임 세계에서는 수많은 연산이 필요하다. 특히 물체의 위치와 색상 변경, 게임 규칙 적용, 캐릭터 이동과 2D 화면 출력 등 다양한 작업이 수행된다.
이번 수업에서는 게임에서의 연산을 어떻게 처리하는지 간략하게 알아본다.
CPU vs GPU
- CPU(중앙처리 장치)
- 복잡한 연산을 수행하는 핵심 역할을 담당한다(고급&소수 인력).
- 연산량이 많지 않은 경우에 그래픽 연산도 가능하다.
- GPU(그래픽처리 장치)
- 그래픽과 관련된 연산을 전담하여 CPU의 부담을 줄인다.
- 정점(삼각형 단위의 기본 요소) 연산을 병렬로 처리한다.
- 연관성이 없는 독립적인 연산에 특화되어 있다.
| 구분 | CPU | GPU |
|---|---|---|
| 특징 | 복잡한 연산 수행, 기억력 강함 | 단순 연산을 병렬로 빠르게 처리 |
| 구조 | 적은 수의 강력한 ALU(연산 유닛) | 대부분이 ALU로 구성됨 |
| 용도 | 게임 로직, AI, 일반 연산 | 그래픽 연산, AI, 비트코인 채굴 |
| 장점 | 범용적이고 정교한 계산 가능 | 병렬 연산에 특화됨 |
- 왜 게임의 연산을 GPU에 맡길까?
- GPU는 정점(삼각형) 단위의 연산을 병렬 처리하여 대량의 그래픽 연산을 빠르게 수행한다.
- CPU가 직접 모든 정점 연산을 하면 성능이 저하되어, GPU에 분담하여 최적화 하는 것.
렌더링 파이프라인
GPU가 그래픽 연산을 처리하는 단계적 과정으로, 개발자들이 연구한 결과 정형화된 프로세스다.
- Input Assembler Stage
- CPU가 GPU에게 정점 데이터를 넘겨주는 단계
- Vertex Shader Stage
- 개별 정점(삼각형의 꼭짓점)의 좌표 변환을 수행하는 단계
- Tessellation 과정
- 정점을 추가하여 더 정밀한 그래픽을 구현함
- Hull Shader → Tessellator → Domain Shader 단계를 거침
- 지형이나 정밀한 오브젝트 표현에 유용함
- Geometry Shader Stage
- 정점을 추가
- 작은 단위 오브젝트 표현에 유용
- Rasterizer Stage(중요!)
- 정점으로 이루어진 삼각형을 픽셀 단위로 변환하고 보간하는 단계
- Pixel Shader Stage
- 각 픽셀에 색을 입히거나 변경하는 단계
- Output-Merger Stage
- 최종적으로 렌더링 될 픽셀 색을 생성하는 단계
DirectX의 역할
각 GPU 마다 사양이 다 다른데, GPU에 값을 어떻게 넘길까?
- DirectX는 GPU를 위한 표준 API 역할을 수행한다.
- 개발자는 DirectX를 통해 GPU에 작업을 요청하고, 제조사들은 DirectX 스펙이 맞게 GPU를 제작한다.
- 즉, DirectX를 사용하면 특정 제조사에 종속되지 않고, 다양한 GPU에서 동일한 방식으로 그래픽을 처리할 수 있다.
마치며
게임에서 GPU가 맡는 역할과 렌더링 파이프라인의 개념을 배웠다. 그리고 DirectX가 어떤 역할을 하는지 전체적인 숲을 살펴보았다.
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