주의 : 이 글의 목적은 자기계발 용도와 게임에서 쓰이는 각종 그래픽옵션 관련 단어 (안티에일리어싱, 셰이더, 텍스쳐 품질등) 들이 처음 보는 사람에게는 굉장히 생소하고 어려워 보이기 때문에 해당 부분에 대한 이해를 쉽게 하기 위해 작성되었습니다.
주의 : 해당분야는 전문적인 분야이며 그리고 실시간 발전되는 기술입니다. 지금도 새로운 기술들이 나오고 있어 틀린 부분이 있을 수도 있습니다.
1. HDR?
모니터를 구매 할 때, 게임을 하다보면 무조건 한번쯤은 들을 수 밖에 없는 HDR. 필자도 4K 모니터에서 HDR 설정을 켰을때 화면이 뿌옇게 어두워 져서 대체 뭐지.. 했던 기억이 난다. 먼저 HDR이라는 단어가 햇갈릴 수 밖에 없는게 사용되는데에 따라 용어에 의미가 다 다르기 때문이다. 카메라, 디스플레이에서 쓰이는 HDR은 의미가 다르다. 이번 글에서는 우리같은 게이머들에게 더 가까운 디스플레이 개념에서의 HDR에 대해서 알아 보도록 하자.
자 먼저 한가지 생각을 떠올려보자. 컴퓨터 그래픽이 결국 현실과 차이가 없고 구분이 가지 않는 그래픽을 만드는 것이 최종 목표라면 TV, 디스플레이는 우리가 지금 보고 있는 화면이 컴퓨터 화면인지 아니면 진짜 현실인지, 구별이 가지 않게 하는 것이 최종 목표일 것이다. 우리들이 디스플레이를 구매할때 보는 각종 스펙인 해상도, 밝기등이 모두 좋은 디스플레이를 만드는데 중요한 요소들이다.
그럼 HDR은 대체 무엇일까? 먼저 HDR의 약자는 High Dynamic Range의 약자로 즉 높은 DR을 지원한다는 뜻이다. 그럼 대체 DR은 뭘까? 디스플레이에서의 DR은 구현 할 수 있는 모니터의 최소 밝기와 최대 밝기의 비라고 할 수 있다. 모니터의 명암비가 바로 DR인 것이다. HDR 정의는 높은 명암비를 지원하는 것이다.
1㎡ 안에 양초 한개가 내는 빛을 Nit라고 하는데 예를들어 모니터 명암비가 1000:1, 최대 밝기가 350nits 일 때 최소 밝기는 350을 1300으로 나눈 0.2nits가 된다.
하지만 현실 세계에서 밝은날 하늘 기준은 대략 10,000nits, 별빛은 0.001nits로 우리의 눈이 볼 수 있는 범위는 모니터보다 훨씬 넓다고 할 수 있다. 대략 정확하지는 않지만, 1:1000000 비율의 명암비를 가지지 않을까 싶다. 아무튼 현실과 구분이 가지 않는 좋은 디스플레이를 만들기 위해서는 현재 디스플레이 명암비는 우리가 눈으로 볼 수 있는 세상에 비해 턱없이 모자른 것이 현실이다.
그래서 높은 명암비의 HDR의 필요성이 부각 된다.
그래서 HDR을 사용한다면 일반 디스플레이보다 명암비가 높기 때문에 선명해 보이거나 화사한 느낌을 받을 수 있다. 그럼 디스플레이의 명암비만 조금 높다고 HDR이라고 할 수 있을까? 우리가 계산 할 필요없이 만들어진 기준에 의해 디스플레이가 HDR을 지원하는지 안하는지에 대해 알아 볼 수 있다. 이번글에서는 보편적으로 사용되는 HDR 3가지만 살펴보도록 하자.
2. HDR 규격
실제론 위 표보다 훨씬 복잡하지만 간단하게 위처럼 정리해보면 최대 밝기는 더 높은 명암비라는 HDR의 정의에 따라 대략 300Nits의 밝기를 가지는 일반 모니터보다 훨씬 높은 기준을 자랑한다. 최대 밝기는 그렇다 쳐도 색공간이랑 색심도는 대체 뭘까?
색공간은 우리가 실제 보는 세상과 디스플레이에서는 당연히 밝기차이도 있겠지만 색상 표현의 차이도 있다. 현재 모니터 대부분에서 사용되는 색공간은 sRGB로 우리가 실제로 볼 수 있는 색상의 오직 33%만 표현이 가능한데 비해 HDR1000의 기준인 DCI-P3은 약 40%, DOLBY VISION의 BT.2020은 약 56%까지 표현이 가능하다.
색심도는 밝기와 색정보를 표현하는 비트수를 이야기 하는데, 너무 기술적인 이야기는 빼고 현재 대부분 사용하고 있는 8비트는 천육백만가지의 색상 정보를 가지고 있고 HDR10, HDR1000의 10비트는 10억에 가까운 색상정보, 마지막 DOLBY VISION의 12비트는 600억 가지가 넘는 색상 정보를 전달 할 수 있다.
정리해보자면 HDR의 사전적 정의는 더 넓어진 최소 밝기와 최대 밝기의 범위라고 할 수 있지만 실제로 우리가 접할 수 있는 HDR의 뜻은 그 뿐만이 아니라 더 정확해진 색 표현력까지 의미한다.
그래서 모니터의 해상도는 한 화면에 정보를 얼마나 세밀하게 전달할 것인가, 주사율은 일초에 얼마나 많은 정보를 전달할 것인가 라고 하면 HDR은 더많은 색상, 밝기 정보를 전달, 표현하는 기술인 것이다.
하지만 HDR을 지원하는 모니터만 사면 끝은 아니다. 일단 HDR을 지원하는 디스플레이가 그렇게 많지도 않을 뿐더러 위에서 봤던 DOLBY VISION에 최대밝기 10000nits를 구현하는 디스플레이는 없으며 커트라인을 절반으로 낮춰도 DOLBY VISION을 지원하는 디스플레이는 극히 적다. PC모니터의 HDR기준인 HDR1000을 지원하는 모니터도 거의 없다.
무슨 소리냐!! 다나와 가면 HDR1000 지원 모니터가 얼마나 많은데!
많긴 하지만 HDR의 10 최대 밝기기준인 1000nits 를 지원하는 디스플레이는 거의 없거니와, 가격이 말도 안되게 비싸다..
이 경우에 HDR콘텐츠는 볼 수 있지만 화면이 어둡게 출력되기 때문에 안하느니만 못한다. 사실상 HDR 기술은 TV에서 주로 활용되고 모니터에서는 거의 활용되고 있지 못하다. 결국 디스플레이에서의 HDR은 더 많은 색상과 밝기를 표현하는 것이지 우리가 보는 화면이 HDR규격에 제작된 영상이 아니라면 아무 효과도 볼 수가 없을 것이다.
사실 PC에서는 거의 HDR기술 활용이 어렵기 때문에 보통 TV와 연결해서 보는 콘솔에서 살펴보면 XBOX, PS5 둘다 제대로된 HDR10을 지원하기는 하지만 게임에 따라 다르다. 대부분 게임은 HDR을 키면 밝은 곳과 어두운 부분이 제대로 표시가 되고 화면이 더 생생해지는 효과를 얻을 수 있지만 레드데드리뎀션2 같은 경우에 기본 화면에서 밝기만 올려 HDR을 구현하는 방식이라 오히려 HDR 옵션을 끄는게 더 좋은 화면을 볼 수 있다.
이렇게 HDR 구현이 된 콘솔에서도 제대로된 HDR을 볼 수가 없는데 PC같은 경우는 당연히 암담하다. HDR 기술 자체가 입력, 처리, 출력 모든 곳에서 지원이 되야하는데 이말은 운영체제, 응용프로그램, 그래픽카드, 케이블 모두 HDR을 지원해야 한다는 뜻이다. 또 중요한건 아니지만 당연히 HDR을 적용하면 미묘한 성능 하락이 존재 할 수도 있다.
일단 현재 HDR을 즐기기 위해서는 HDR10을 지원하는 TV를 구매하고 HDMI는 2.0a 버전이상, 디스플레이 포트는 1.4규격을 지원하는 케이블을 사용해 연결하면 된다. 일반 영상보다 더 많은 색,밝기 정보를 담고 있는게 HDR 콘텐츠 이고 이것을 100% 가깝게 구현 할수 있는 것이 HDR 디스플레이라고 보면 될 것이다. 화질 향상 기술보다는 흑백 -> 16색 -> 256색 -> 16비트 하이컬러... 같은 색상 확장의 기술이 HDR이라고 이해하면 편할 것이다.
기타 의견
1. HDR은 화질향상기술처럼 홍보되지만 사실상 흑백->16색->256색->16비트 하이컬러... 같은 색상 확장이라고 생각하는 게 오히려 더 이해하기 편합니다. TV의 HDR, 콘솔과 PC의 HDR 개념이 조금씩 다른 이유도 이런 것을 기존의 틀 안에 꾸겨넣어 '이것만 달면 화질이 증가함!' 이라고 홍보하기 위한 각 회사들의 전략 때문이기도 하고요.
2. 그럼 SDR(일반)은 무엇인가. 윈도우 디스플레이의 고급 옵션을 살펴보면 모드에서 해상도 설정과 함께 색상 종류도 설정할 수 있게 되어 있습니다. 옛날 윈도우에서는 16색, 256색, 16비트(하이컬러), 32비트(트루컬러) 로 쉽게 고를 수 있었지만 지금은 어차피 다들 트루컬러로 쓰기 때문에 고급옵션으로 숨겨져 있지만요. 여기에서 32비트 트루컬러가 SDR입니다. 붉은색 강도 8비트, 녹색 강도 8비트, 파란색 강도 8비트에 투명도 8비트를 합치면 총 32비트가 되는데 이것이 현재 디스플레이 색상의 대세인 거죠. 방송장비나 그래픽카드를 생산하는 트루비전이란 회사의 타가 계열 장비에서 정착시켰습니다. 단일한 색을 8비트, 0~255의 총 256단계로 밝기를 구분지을 수 있기 때문에 8비트 색심도라고 합니다.
3. 그럼 HDR은 무엇인가. 영상에도 나와 있지만 32비트라는 색깔의 바리에이션은 분명히 옛날의 256색같이 끊기는 색깔이라는 느낌은 안나지만 현실에 존재하는 쨍한 빛, 침침한 어둠속을 표현할 만큼은 되지 않습니다. 이걸 해결하는 방법은 사실 쉽습니다. 8비트 대신 숫자를 더 늘리면 되죠. 1비트 더 늘리면 단계가 2배씩 더 늘어나니까 10비트면 1024단계, 12비트면 4096단계의 색깔을 표시할 수 있습니다. 이것이 HDR의 가장 기초적인 베이스가 됩니다. 그러면 32비트 컬러모드 ->40비트 컬러모드 ->48비트 컬러 모드가 새로 생겨나겠죠. 사실 흑백사진을 뚫어져라 쳐다봐야 하는 엑스레이/CT촬영용 모니터, 즉 의료용 모니터는 옛날부터 10비트, 12비트 디스플레이가 적용되어 있었습니다. 흐리멍텅한 암덩어리가 있는데 이게 컬러 계단현상때문에 안보이면 억울하니까요.
4. 그럼 그냥 14비트로 색깔을 늘리면 되지 뭐가 문제인가. 지금의 디지털 콘텐츠와 대부분의 하드웨어/소프트웨어가 32비트 트루컬러 강점기를 너무 오래 겪고 있다는 게 문제입니다. 옛날에는 16색 게임 옆에서 256색 게임을 보여주고 256색 되는 슈퍼 VGA 그래픽카드, 모니터, 전용 게임을 사면 이게 됩니다 라고 홍보해도 사람들이 침을 질질 흘리면서 와 개쩐다라고 했죠. 하지만 지금은 당장 윈도우만 봐도, 사람들이 화면 모드에서 색상 종류를 바꿀 수 있다는 것 자체를 아는 사람들이 거의 없듯이 컬러=트루컬러 라는 베이스가 너무 확고합니다. 그래픽카드 내부의 반도체가 32비트 색상 데이터를 전송하는 데 최적화되어 회로가 설계되어 있고, 게임의 알고리즘과 그래픽 엔진이 32비트 색상 데이터를 전송하는 데 최적화되어 있으며, LCD 모니터 패널 소자가 32비트 색상 단계를 출력하는 기능에 맞추어 만들어져 있습니다. 이걸 바꾸려면 모든 걸 다 바꾸고 소비자에게 '다음 단계로 넘어와' 라고 해야 하는 거죠. 당연히 모니터 제조사도, 그래픽카드 제조사도, 게임 엔진 개발사도 바보가 아니므로 '우리는 HDR에 대비한다' 라고 말하면서 기술개발을 하고 제품도 내놓고 있습니다. 그러나 그건 생판 새로운 그래픽 모드를 들고 나오는 게 아니라, '가능은 한데 기존 모드의 확장개념으로 이러이러하면 지원가능함' 같은 안전빵 컨셉이죠. 어느 회사도 혼자 깃발메고 나서서 혼자 망하고 싶지 않으니까요. 그래서 HDR 기술을 사용하려면 일단 이걸 샀지만 뭐가 필요하고 뭐를 지원하는 뭐를 같이 써야하고... 같은 헷갈리는 조건들이 같이 붙는 겁니다. 기본적으로 컴퓨터가 8비트 깊이로 동작을 하다가 특정 조건이 맞으면 10비트 깊이 데이터로 전송을 한다는 식이죠.
5. 소프트웨어에서 말하는 HDR 중에는 32비트에서 사용하는 꼼수를 HDR이라고 말하는 경우도 있습니다. 한 화면에 침침한 실내와 태양이 같이 등장할 때 그 밝기를 계산해서 곧이곧대로 렌더링하면 암흑과 순백 두가지밖에는 안 보이니, 적당히 실내의 밝기 단계를 올리고 태양의 밝기 단계를 내려서 32비트 256단계 내부에 꾸겨넣으면 실내에 뭐가 있는지도 보이고 태양빛의 디테일도 좀 보이는, 눈속임같은 기술입니다.
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