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그래픽 최적화

최적화 시기

• 개발 초반부 기간을 제외한 모든 개발 기간

렌더링

• 컴퓨터가 주어진 데이터를 기반으로 이미지를 만들어 내는 과정
• 컴퓨터가 그림을 그리는 행위

그래픽스 API

• 다양한 제조사에서 제작된 GPU는 각각의 펌웨어 및 드라이버를 제공한다.
• 소프트웨어 개발자가 각 OS별로 모든 GPU들의 프로토콜에 맞추거 렌더링 소프트웨어를 만들어내는 것은 불가능에 가깝다.
• 따라서 그래픽스 API라는 것이 GPU의 드라이버를 이용하는 라이브러리들을 만들고 이를 API의 형태로 제공해서 소프트웨어 개발자들이 각각의 GPU 및 OS별로 따러 신경 쓰지 않고 렌더링 소프트웨어를 만들 수 있도록 해준다.

그래픽스 API 종류

• DirectX
  • 마이크로소프트에서 제작
  • Windows에서만 작동
  • 최신버전 DirectX12
• OpenGL
  • Windows, macOS, Linux 에서 작동
• OpenGL ES
  • 안드로이드, iOS 등 휴대용 기기의 OS에서 작동
  • WebGL을 통해 데스크톱의 웹브라우저에서도 OpenGL ES가 수행됨
• Metal
  • iOS에서 작동하는 차세대 그래픽스 API
• Vulkan
  • 안드로이드에서 작동하는 차세대 그래픽스 API

게임 엔진의 역할

• 게임 엔진을 통해 게임을 만들면 엔진이 알아서 각 플랫폼에 맞는 그래픽 API로 렌더링 처리를 해준다.
• 화면 렌더링 뿐만 아니라 게임 개발에 필수적인 시스템을 제공한다.
  • 씬의 하이어라키 구조
  • 애니메이션 시스템
  • 에셋 관리

OpenGL(Open Graphics Library)

• 1992년 초에 컴퓨터 그래픽스 표준 규격을 기반으로 발표된 2D, 3D 그래픽스 표준 API 규격
• 크로스 플랫폼
• 크로노스 그룹에서 관리
  • 여러 미디어 기업들이 참여한 비영리 기관
  • 회원사가 납부한 회비로 운영됨
    • AMD, 엔비디아, 구글, 인텔, 유니티
• 게임을 제외한 렌더링 소프트웨어들에서는 멜티플랫폼을 지원해야 하므로 OpenGL이 널리 쓰임

OpenGL ES(Embedded System)

• 모바일 환경에서 2D, 3D 그래픽스를 위해 OpenGL 보다 더 작고 가벼운 별도의 표준
• 크로스 플랫폼
• 상위 표준인 OpenGL에서 잘 사용되지 않거나 대체 방법이 있는 것을 제외하고 축소하여 만든 서브셋(Subset)
• 모바일 환경을 위한 OpenGL의 경량화 버전
• 대부분의 모바일 기기에서 OpenGL ES로 그래픽스를 표현
• 버전
  • 1.0~1.1
    • 2003년 1.0 발표, 2004년 1.1 발표
    • 고정 기능 파이프라인(fixed function pipeline)을 사용
    • 쉐이처 프로그래밍이 불가능하고 한정된 방법으로만 라이팅이 가능
    • 현재는 사용되지 않음
  • 2.0
    • 2007 발표
    • 현재까지 널리 쓰임
    • 버텍스와 프레그먼트 쉐이더(vertex and fragment shader) 프로그래밍 가능
  • 3.x
    • 2012년 3.0 발표, 2014년 3.1 발표, 2015년 3.2 발표
    • 3.0에서 멀티 렌더 타깃 지원
    • 3.2에서 실수형(부동소수점, floating point) 렌더 타깃 지원으로 HDR 가능하므로 OpenGL ES를 최대한 최신 버전을 사용하는 것이 성능면에서 좋음
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Metal

• iOS 전용 그래픽스 API
• OpenGL ES와 같이 크로스 플랫폼을 지원하려면 성능상 오버헤드(간접 처리 시간)가 늘어나기 때문에 iOS 전용 그래픽스 API를 만들어 오버헤드를 줄임
• 범용성을 보장하지 않지만 특정 하드웨어에서 성능을 보장
• iOS8, OSX 10.11 이상부터 지원
• 상태 변경과 드로우콜의 오버헤드를 대폭 줄일 수 있음
• 멀티쓰레드로 렌더링 관련 리소스를 생성하고 드로우콜을 보냄으로써 드로우콜에 대한 오버헤드가 줄어듦
• CPU 메모리의 데이터를 GPU 메모리로 전송하는 과정을 거치지 않고 사용하기 때문에 메모리를 효율적으로 관리할 수있음
  • 일반적으로 CPU와 GPU 메모리는 물리적으로 분리되어 있기 때문에 OpenGL은 이에 맞춰 비디오 메모리 영역이 따로 존재하는 기준으로 만들어져 있다.
  • 하지만 모바일 기기는 CPU, GPU 메모리가 분리되지 않고 하나로 존재하고 논리적으로 나누어 사용되기 때문에 이에 맞는 Metal이 더 좋은 성능을 낼 수있다.

드로우콜(DrawCall)

• CPU가 GPU에게 무언가를 그리라는 명령을 전송하는 것

상태변경

• 드로우콜 명령을 전송하기 전에 무엇을 어떻게 그려야 하는지 등의 명령을 전송하는 것

용어

• 쓰로틀링(throttling)
  • 기기의 발열이 심해져서 온도가 일정 이상 높아지면 발열을 낮추기 위해 자동으로 기기 성능을 낮추는 기능

참고

• 유니티 그래픽스 최적화 스타트업