[Graphics] 그래픽스 성능 최적화

Draw Call

- CPU가 GPU에 렌더링 명령을 보내는 단위, 이 오브젝트를 이렇게 그려줘

 

많은 경우

- CPU 병목 발생 및 렌더링 성능 저하 -> FPS 하락

 

줄이는 방법

1. 배칭(Batching)

- 여러 개의 오브젝트를 하나의 드로우 콜로 묶어서 렌더링하는 방식

- Static Batching: 위치가 고정된 오브젝트들을 미리 합쳐서 렌더링

- Dynamic Batching: 움직이는 오브젝트지만 조건이 맞으면 하나로 묶어서 처리

 

2. 인스턴싱(Instancing)

- 같은 메시를 여러 위치에 배치할 때 GPU가 한 번에 그릴 수 있도록 처리

- ex. 100개의 동일한 나무 -> 인스턴싱으로 드로우 콜 한 개로 처리 가능

 

3. 머티리얼 합치기, 쉐이더 최적화

- 서로 다른 머티리얼을 사용하는 오브젝트는 각각 드로웈 콜 필요

- 동일한 쉐이터, 머티리얼을 여러 오브젝트에 공유 시 배칭될 수 있어 드로우 콜 감소

 

4. Texture Atlas

- 여러 텍스처를 하나의 큰 텍스처에 모아두면 머티리얼도 공유할 수 있어 드로우 콜이 줄어듦

 

5. LOD와 컬링

- 멀리 있는 오브젝트는 아예 렌더링하지 않거나 간단하게

 

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Instancing과 그 장점

- 동일한 메시를 여러 번 화면에 그릴 때 사용하는 GPU 최적화 기법. 여러 개의 동일한 오브젝트를 한 번에 그릴 수 있도록 하여 드로우 콜을 크게 줄일 수 있음

 

언제 사용하는가?

1. 같은 메시를 여러 번 사용

2. GPU가 많은 개체를 동시에 렌더링해야 할 때 성능 병목이 드로우 콜에서 발생 시

3. 동일한 애니메이션 또는 상태 기반 시스템을 GPU에서 처리하려고 할 때

 

장점

- 드로우 콜 감소

-> CPU 부하 감소

-> GPU 처리 효율 향상

-> 대규모 오브젝트 표현 가능

 

주의사항

- 동일한 머티리얼을 사용하는 오브젝트만 인스턴싱 가능

- GPU Instancing을 지원하는 쉐이더여야 함

- 각 인스턴스의 개별 속성(위치, 회전, 색상)은 추가 데이터로 GPU로 전달해야 함

- 동적 오브젝트 수가 너무 많으면 GPU 메모리나 업데이트 비용이 병목이 될 수 있음

 

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Frustum Culling, Occlusion Culling

렌더링 최적화를 위한 오브젝트 제거(Culling) 기법들.

보이지 않는 것을 렌더링하지 않겠다는 건데, 보이지 않는 이유가 다름

 

프러스텀 컬링(Frustum Culling)

- 카메라 시여각 안에 없는 오브젝트는 렌더링 하지 않는 기법

- CPU가 처리

- 계산 비용이 작고 효과가 큼

* 클리핑이란 같은 개념은 아님

- 클리핑은 GPU 파이프라인 내에서 처리, 보이는 부분만 잘라서 화면에 그림

- 프러스텀 컬링은 오브젝트 단위로 렌더링 자체 생략, 드로우 콜도 생략임. 렌더링 전처리

- 클리핑은 렌더링 시도 이후에 발생

 

오클루전 컬링(Occlusion Culling)

- 다른 오브젝트에 가려서 보이지 않는 오브젝트는 렌더링하지 않는 기법

- 비용이 더 크고 복잡, GPU 또는 CPU에서 가시성 테스트

 

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GPU 병목

GPU가 처리할 작업이 너무 많아 렌더링 속도가 떨어지는 상황,

GPU가 화면 출력을 따라가지 못해서 프레임 드랍이나 지연이 발생하는 상태

 

주요 상황

1. 과도한 폴리곤 수

2. 복잡한 프래그먼트 쉐이더, 머티리얼

3. 고해상도

4. 과도한 파티클, 이펙트, 후처리

5. 그냥 드로우 콜이 너무 많음 -> CPU 병목도 있긴 한데 GPU도 그거 다 렌더링 해야 됨

6. 인스턴싱, 컬링 등의 최적화 미사용

7. VRAM 부족, VRAM 스와핑 발생

    - 데이터를 GPU-RAM 간 교환하며 성능이 저하됨

8. LOD 제대로 안씀

 

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LOD

거리나 중요도에 따라 모델의 디테일 수준을 조절하여 렌더링 성능을 최적화하는 기술

가까운 오브젝트는 고품질 모델을, 멀리 있는 오브젝트는 저품질 모델을 사용

 

구현 방식

1. 여러 해상도의 모델을 준비

- LOD0, LOD1, LOD2, LOD3..

2. 거리 기반 전환 조건 설정

 

전환 기준 종류

- 거리 기반

- 화면 점유율 기반 (화면에서 오브젝트가 차지하는 픽셀 비율로 판단)

- 중요도 기반

 

주의사항

- LOD 간 차이가 커지면 팝핑 현상 가능 -> Fade 전환, CrossFade 사용

- 애니메이션 메시 -> 리깅, 본 구조 유지되어야 함

- 카메라 이동 속도가 빠른 게임일수록 전환 타이밍을 조절해서 이질감 줄여야 함

* 팝핑 현상

- 게임이나 그래픽 장면에서 오브젝트가 갑자기 툭 바뀌거나 나타나는 현상

 

Auto LOD

LOD 모델을 자동으로 생성, 관리해주는 시스템

툴이나 엔진이 자동으로 저해상도 모델을 생성해서 적용