그래픽카드? 렌더링(rendering)이란? 그래픽카드와 렌더링에 대해 알아보기

 

안녕하세요. 짤막하게나마 언제나 유용한 지식을 전달해 드리고자 하는 루시입니다. 제가 최근 초등학교 저학년인 조카로부터 요즘은 초등학교 1학년 때부터 컴퓨터 프로그램 코딩을 배우고 있다고 자랑하는 것을 듣고 저희가 초등학교를 다닐 때의 시절과 확연히 차이 나는 교육방향에 적잖이 놀랐던 것 같아요

이제는 어린 학생들뿐만 아니라 성인 어른들 역시 컴알못(컴퓨터를 잘 알지 못하는 사람을 지칭하는 용어)이라 불리며 세대가 추구하는 지식에 무방비 하게 되면 쉽게 뒤쳐지기 쉬운 시대가 된 것 같습니다. 그래도 이제부터라도 걱정 마시고 저와 함께 천천히 기초적인 IT지식들부터 습득해 보도록 해요. 오늘은 그래픽카드와 렌더링(rendering)에 대해서 함께 알아가 보도록 하겠습니다.

 

요즘에는 유튜브 시청을 비롯해서 배틀그라운드 혹은 오버와치등 다양한 게임을 비롯한 각 종 영상관련 산업이 발달 하고 있습니다. 이에 따라 더욱 고화질의 화면구성을 요구하는 시청자들도 많아지는 추세이지요. 텔레비젼 방송을 비롯하여 페이스북과 유튜브등 각 종 영상들에 대한 열기가 뜨거워지면서 그래픽카드와 관련한 관심이 깊어지고 더욱 고성능의 그래픽카드 기능을 선호하게 되었는데요 그렇다면 혹시 여러분들은 그래픽 카드에 대해서는 들어보신 적 있으신가요?

 

그래픽 카드란?
그래픽카드란 디지털 신호를 영상 신호로 바꿔 모니터로 전송하는 장치입니다. 그래픽 카드(Graphics card, 도형처리조종소자)는 이미지를 디스플레이 장치로 출력하는 컴퓨터 하드웨어의 부품이자 확장 카드로써 흔히 비디오 카드(video card), 비디오 어댑터(video adapter), 디스플레이 카드(display card), 그래픽 보드(graphics board), 디스플레이 어댑터(display adapter), 그래픽 어댑터(graphics adapter)라고도 부릅니다. 대부분의 그래픽 카드는 3차원 화면과 2차원 그래픽스를 위한 가속 렌더링, MPEG-2/MPEG-4 디코딩, TV 출력, 다중 모니터 연결 등 다양한 기능을 제공합니다. 즉 CPU의 명령하에 이루어지는 그래픽 작업을 전문적이고 고속으로 처리하는 것을 말하는 것이지요. 이렇게 말하면 좀 더 쉽게 이해 되실 것 같네요. 컴퓨터에서 처리되는 과정 및 결과를 눈으로 보기 위해서는 모니터가 필요한데 모니터는 컴퓨터 내부의 그래픽 카드를 통하여 화면에 정보를 싣게 됩니다.

그래픽 카드의 역사
그렇다면 그래픽 카드의 역사에 대해서도 알고 싶지 않으신가요? 그래픽 카드의 역사는 1960년대로 거슬러 올라갑니다. 최초의 비디오 카드는 IBM PC에서 공개되었으며 1981년 IBM이 개발하였습니다. MDA (Monochrome Display Adapter, 모노크롬 디스플레이 어댑터)는 화면 안에 25x80줄을 표현하는 텍스트 모드에서만 동작하였었고 단지 한 색에 4KB 비디오 메모리만을 갖추었습니다. 하지만 1995년 최초의 2D/3D 그래픽 카드가 출시가 되면서 그래픽 카드의 혁명이 시작되었다고 말할 수 있습니다. 매트록스, S3, ATI, 크리에이티브 등의 회사가 이에 대한 개발에 참여하였고 1997년에 3dfx가 부두(Voodoo)를 선보여 뛰어난 3차원 그래픽과 효과들(앤티에일리어싱, Z 버퍼, 밉 매핑 등)을 제공하였습니다. 그리하여 2010년을 기준으로 그래픽 카드 시장을 선도하는 기업들은 엔비디아와 어드밴스트 마이크로 디바이시스가 되었고 이제 각각 지포스와 라데온으로 그래픽 모델을 형성하고 있습니다. 아마 지포스 같은 경우라도 용산 전자상가 혹은 인터넷으로 많이 익혀 들어보셨을 것이라고 생각합니다.

그래픽카드의 구분
그래픽카드의 구분은 어떻게 하는지 말씀 드려보겠습니다. 그래픽 카드는 모니터에서 구현되는 색상과 화면의 선명한 정도를 뜻하는 해상도의 차이에 따라 여러 가지로 구분됩니다. 우선 CGA(Color Graphics Adapter: 컬러 그래픽 카드)는 텍스트 문자와 그래픽 두 가지 모두를 화면에 표시할 수 있습니다. 하지만 텍스트 문자의 해상도가 떨어지고 지원 색상 역시 2∼4색에 불과합니다. 따라서 CGA 이 후 미국의 ‘허큘리스 컴퓨터 테크놀로지’ 사에서 HGC(hercules graphics card: 허큘리스 그래픽 카드)를 개발합니다. HGC는 단색임에도 불구하고 텍스트 문자는 물론 그래픽도 깨끗하게 처리되며 가격 또한 저렴하여 가장 보편적으로 사용하게 됩니다.

 

컬러 그래픽의 경우에도 CGA의 2가지 ~ 4가지 색 지원 그리고 낮은 텍스트 문자 해상도 라는 단점을 보완하여 EGA와 VGA 등의 향상된 그래픽 카드가 개발되었습니다. EGA(enhanced graphics adapter)는 EGA용 모니터와 사용할 경우 16색에 640×350의 고해상도 텍스트와 그래픽을 제공하며 VGA(video graphics array)는 2백56가지의 색상과 640×480의 고해상도를 지원하는 뛰어난 컬러 그래픽 카드입니다.

그래픽카드의 기본구조
그렇다면 이제 그래픽카드의 기본구조를 알고 가도록 합니다. 데스크톱용 그래픽카드를 기준으로 말씀 드려보면 그래픽카드의 기본적인 구조는 기판 위에 GPU(Graphics Processing Unit)와 비디오 메모리(VRAM) 그리고 장착 슬롯 및 모니터 출력부 등을 조합한 것입니다. 그리고 제품에 따라서는 GPU(그래픽 처리 장치, Graphics Processing Unit) 및 비디오메모리의 열을 식히는 쿨러(Cooler: 냉각팬이나 방열판) 혹은 보조 전원 공급용 케이블을 꽂는 포트가 있습니다. 참고로, 노트북용 그래픽카드 경우에는 별도의 기판은 없습니다. GPU 및 비디오메모리가 메인보드에 직접 부착되는 형태로 구성됩니다.

그래픽 카드의 구성부품
1. 기판: 그래픽 카드를 구성하기 위한 일종의 벌판 같은 요소입니다. 메인보드도 기판 위에 여러 부품들이 탑재된 구성이기 때문에 확장형 보드라고 볼 수 있겠습니다.

2. 프로세서: 그래픽 처리를 담당하는 가장 핵심적인 요소입니다. CPU 혼자서 그래픽 처리하기가 어렵기 때문에 이를 보조해줄 코프로세서가 필요해짐에 따라 등장한 장치입니다. 화면 출력만 되면 충분했던 과거엔 DPU라고 불렀으며, 이후엔 애니메이션과 사실적인 표현 역할까지 수행 가능해지면서 VPU로 1999년에 NVIDIA가 그래픽 처리에 더욱 특화된 프로세서임을 강조하는 GPU라고 명명하면서 현재는 GPU가 그래픽 코프로세서의 

보통 명사처럼 통용되고 있습니다.
3. 그래픽 메모리 칩
4. 쿨러
5. 디스플레이 출력 단자
6. 보조 전원 공급 단자

 

이전 버전 그래픽카드 VS. 최신 버젼 그래픽 카드의 비교
지금의 그래픽카드는 1990년대까지만 해도 3D카드라는 이름으로 불렸습니다. 과거에는 이러한 그래픽 작업도 보통 컴퓨터의 CPU가 수행하였었지만 이제는 그래픽 처리에 특화된 전용장비가 등장하게 되면서 그대로 그래픽 카드로 발전하게 되었습니다. 따라서 이제는 아예 화면 출력 어댑터를 그래픽 카드에 붙여버려서 그래픽 카드가 없이는 화면을 볼 방법도 없게 되었습니다.

 

렌더링이란?
이제 렌더링 이란 무엇인지 알아봅시다. 컴퓨터의 그래픽 영상작업을 좋아하시는 분들이라면 한번쯤 들어 보셨을법한 단어인 렌더링(rendering)을 실제 영어자체로 표현하면 '묘사하는' 혹은 '연출하는' 그리고 '연주하는’ 등의 뜻을 지녔습니다. 하지만 보통 현실에서의 인터넷과 신문 그리고 IT에서 일반인들이 렌더링 이라는 단어를 사용할 때는 주로 컴퓨터 그래픽스 용어에서 제품의 완성 전에 상상으로 그리는 그림을 의미합니다.

 

따라서 한 문장으로 요약해서 말씀 드리자면 렌더링(rendering)이란 제품의 완성 전에 각종 2차원의 정보를 고려하여 최대한 사실감을 불어 넣는 작업을 하는 것을 말합니다. 따라서 3차원적인 화상을 만드는 것을 의미 합니다. 다시 말하면 2차원적인 그림에 광원과 위치 그리고 색상 등의 외부의 정보를 고려하면서 사실감을 불어 넣기 위해 물체의 각 면에 색깔이나 효과를 넣기도 하며 입체감과 사실감을 주기도 합니다. 또한 그림자나 색상과 농도의 변화 등을 통해 3차원 질감을 넣음으로써 컴퓨터 그래픽에 사실감을 추가하기도 합니다. 

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렌더링의 사용
그렇다면 렌더링(rendering)은 언제 사용 되는지 함께 알아봅니다. 일반적으로 렌더링(rendering) 작업은 2차원 혹은 3차원적인 그래픽스 영상을 작성할 때의 최종 단계에서 사용하는 편 입니다. 2차원 그래픽스에서는 일반적으로 완료된 평면 그림에서 만들고자 하는 어떠한 것의 형태와 위치 그리고 조명 등 외부의 정보에 따라서 화상을 생성하는 최종 화상 처리 공정을 하는 것 입니다. 그리고 3차원 그래픽스에서 작업을 통해 실감나는 3차원 화상을 만들어내는 것이지요. 다시 말하면 평면적으로 보이는 물체에 그림자나 농도의 변화 등을 주어 입체감이 들게 함으로써 사실감을 추가하는 컴퓨터그래픽상의 과정이 곧 렌더링 입니다.

 

렌더링의 종류
추가적으로 렌더링의 종류에는 어떤 것들이 있는지 알아보겠습니다. 렌더링 자체를 크게 구분하면 와이어프레임(wire)과 레이트레이싱(raytracing) 그리고 라디오서티(radiosity) 렌더링 방법 등이 있습니다. 우선적으로 가장 간단한 렌더링 방법으로 구분하면 와이어프레임(wire frame) 렌더링 방법이 있습니다. 이 와이어프레임 렌더링이란 물체의 모서리만을 그려주는 것을 말하는 것으로써 가장 간단한 방법의 렌더링으로 알려져 있습니다. 두 번째로 레이트레이싱(raytracing) 렌더링은 와이어프레임(wireframe) 렌더링과 함께 가장 많이 이용되는 기본적인 렌더링 방법입니다. 레이트레이싱 렌더링 방법을 통해 광선의 굴절·반사 등을 계산해서 광선이 시작되었던 조명에 이를 때까지의 경로를 역추적해 나가는 과정을 통해서 각 픽셀의 색상을 결정하는 렌더링 방법입니다. 마지막으로 라디오서티(radiosity) 렌더링이란 광선이 난반사될 때 주변의 다른 물체들과의 관계를 포괄적으로 고려하면서 렌더링하는 방법을 말합니다. 

 

언제나 실용적인 정보와 유용한 지식을 공유 하고자 노력하는 루시가 되겠습니다. 컴퓨터 IT의 기초부터 전문적인 IT관련 지식을 저의 지식 범위 안에서 많은 분들과 나누면서 저의 길고 짧은 포스팅을 통해 제 블로그를 방문해주시는 모든 분들에게 조금이라도 도움이 되면 하는 바람으로 글을 마칩니다. 오늘도 제 블로그를 방문해주셔서 감사합니다.