[CG] CPU vs GPU - Graphics Rendering

그래픽 렌더링에서 CPU와 GPU의 역할을 알아보자. 그의 앞서 Vertex Information도 함께 짚어보자.

 

• Vertex Information (버텍스 정보)
  : 일반적으로 model 또는 mesh의 각 vertex와 연관된 속성 (attributes) 를 나타낸다. 여기에는 Vertex position, Normal vectors (조명 계산에 사용), Texture coordinates (UV 좌표), Color Tangents, binomals 등이 포함된다.

1. CPU의 역할

• Scene setup
  : CPU는 Scene을 설정을 담당한다. 여기에는 rendering 해야하는 object와 position, transformations 및 기타 높은 수준의 계산을 결정하는 작업이 포함된다.
• 데이터 전송
  : CPU는 vertex data 및 기타 필요한 정보를 GPU로 전송한다. 여기에는 textures, light information, transformation matrices (MVP matrix 같은) 가 포함 될 수 있다.
• MVP 계산
  : 최적화가 필요한 경우, CPU는 결합된 Model-View-Projection (MVP) matrix를 계산하고, 이 결합된 단일 행렬을 GPU로 전송한다.
• 물리 (Physics), AI 등
  : CPU는 그래픽 외에도 게임 또는 애플리케이션 로직, 물리 계산, AI 루틴 및 기타 비그래픽 작업을 처리한다.

2. GPU의 역할

• Vertex Shader
  : GPU는 vertex data를 수신하면 Vertex Shader를 사용해 각 vertex를 처리한다. 여기서 주로 하는 일은 vertex의 position을 object space에서 screen space로 변환하는 것이지만, vertex의 로직에 따라 다른 작업 (per-vertex lighting, skinning 등) 도 수행할 수 있다.
• Rasterization
  : vertex 처리 후 GPU는 변환된 triangle 내부에 어떤 화면 픽셀이 있는지 파악한다. 이 단계에서는 vertex data를 pixel data로 변환한다.
• Fragment Shader (Pixel Shader)
  : 각 pixel의 최종 색상을 결정한다. texture sampling, per-pixel lighting 및 기타 효과 작업이 수행된다.
• 출력 (Output)
  : GPU가 최종 색상 값을 프레임버퍼에 기록해 화면에 표시한다.

3. CPU to GPU

: shader와 최신 graphics pipelines의 맥락에서, vertex data가 CPU에서 GPU로 전송되면, vertex tranformations, rasterization, fragment shading과 같은 후속 작업은 모두 GPU에서 이뤄진다. CPU는 일반적으로 이러한 "mid-pipeline" 과정에 관여하지 않는다.

 

CPU가 rendering 과정을 초기화하고 기획하는 반면에, GPU는 rendring의 힘든 작업을 처리한다. 이러한 분업을 통해 효율적인 실시간 그래픽을 구현할 수 있다. CPU는 stage를 설정하지만, GPU는 방대한 양의 데이터를 처리해 게임 및 기타 그래픽 애플리케이션에서 볼 수 있는 비주얼을 생성하는 핵심 역할을 한다.