Deferred Rendering

Deferred Rendering이란?

Deferred Rendering(지연 렌더링)은 3D 그래픽스에서 조명 계산을 지오메트리 렌더링 이후로 “지연(defer)”시키는 렌더링 방식입니다. 전통적인 Forward Rendering과 달리, 오브젝트를 그리는 과정(Geometry)과 빛을 계산하는 과정(Lighting)을 분리하여 처리하는 것이 핵심입니다. 이 방식은 특히 복잡한 조명이 많은 씬에서 효율적으로 성능을 발휘합니다

기본 원리

• Deferred Rendering은 화면 해상도와 동일한 여러 개의 Render Target을 생성합니다. 이 묶음을 **G-Buffer(Geometry Buffer)**라고 부릅니다.
• 화면의 각 픽셀단위로 화면 공간에 저장되는 G-Buffer는 일반으로 아래 정보를 저장합니다.
  • BaseColor=Albedo (표면의 색상 정보)
  • Roughness (표면의 거칠기)
  • Surface Normal (표면의 방향 벡터)
  • Metalic
  • Specular
  • Depth (Z-buffer는 별도 저장)
•  Deferred Rendering은 Rasterization 기반이며, Ray Tracing과는 별개의 파이프라인입니다.

Tip

Deferred의 최대 약점은 유리, 물 같은 반투명(Transparency) 물체 처리입니다. Deferred에서 투명 오브젝트는 사실상 Forward 패스로 처리됩니다.

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Deferred Rendering의 장점

효율적인 구조

Forward Rendering에서는

오브젝트 수 × 라이트 수 만큼 셰이딩 연산이 발생

Deferred Rendering에서는

픽셀 수 × 라이트 수

• 오브젝트 복잡도와 Lighting 계산이 분리되어(Decoupling) 각각 독립적으로 처리됩니다.
• 코드가 단순하고 유지보수가 용이하며, 씬에서 더 나은 성능과 유연성을 제공합니다.

다중 조명 처리에 유리

• 여러 개의 라이트가 있는 씬에서도 각 라이트마다 오브젝트를 다시 그릴 필요가 없습니다.
• G-Buffer에 저장된 정보를 재사용하므로 라이트 개수에 비례하는 성능 저하가 적습니다.

선택적 데이터 활용

• 일부 렌더링 기법은 G-Buffer의 일부 채널만 필요로 합니다.
• 예를 들어 Shadow나 Fog 계산의 경우 Depth Buffer(Z-Buffer)에만 접근하면 충분합니다.

Deferred Rendering의 단점

높은 메모리 사용량

• G-Buffer는 여러 개의 고해상도 텍스처입니다. 그래서 GBuffer를 생성하고 읽고 쓰는 과정에서 상당한 메모리가 필요합니다.
• 해상도가 높을수록 메모리 사용량과 대역폭 요구량이 급격히 증가합니다
• 모바일이나 VR처럼 메모리 대역폭이 제한적인 플랫폼에서는 성능에 큰 영향을 미칩니다

항목	Deferred Rendering이 적합한 경우	Forward Rendering이 적합한 경우
🎮 프로젝트 규모	AAA급 대형 프로젝트	소형 프로젝트, 최적화 중심
💡 동적 라이트 수	수십~수백 개 확장가능	라이트 수가 매우 제한적
🎨 머티리얼 다양성	다양한 PBR 머티리얼 사용	머티리얼 종류 많을수록 성능 저하
🌍 글로벌 일루미네이션	Lumen 사용	스태틱 라이트맵 또는 제한적 사용
📱 플랫폼	PC / 콘솔 (PS5, Xbox)	모바일
🥽 VR 지원	일반 모니터 기반	VR (가장 깔끔한 외곽선)
🔍 안티앨리어싱	TAA / TSR 사용	MSAA 필수
🧠 메모리 대역폭	G-Buffer 사용으로 사용량 높음	상대적으로 사용량 낮음

Anti-Aliasing 문제

• MSAA(Multi-Sample Anti-Aliasing)를 G-Buffer에 적용하면 각 샘플마다 G-Buffer 데이터를 저장해야 해서, 메모리 요구량이 크게 증가합니다 $G-Buffer크기\times MSAA샘플수$
• 이 때문에 Unreal Engine의 기본 Deferred Renderer는 MSAA를 지원하지 않고, 대신 Temporal AA(TAA) 또는 TSR을 사용합니다.

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Classic Deferred Shading의 렌더링 패스

전통적인 Deferred Shading은 크게 두 가지 패스로 구성됩니다:

1. Geometry Pass (G-Buffer 생성)

• 씬의 모든 오브젝트를 렌더링하여 Material과 Geometry 속성을 Pixel Shader를 통해 계산합니다.
• 계산된 결과를 G-buffer의 각 채널에 저장합니다
• 이 단계에서는 조명 계산 없이 표면의 물리적 속성만 기록합니다

2. Lighting Pass (최종 셰이딩)

• G-Buffer에 저장된 정보 + 씬의 조명 정보를 결합하여 최종 색상을 계산합니다
• 각 라이트는 화면 공간에서 영향을 미치는 픽셀들에 대해서만 계산을 수행합니다
• 라이트의 복잡도가 Material의 복잡도와 분리되어 있어, 복잡한 Material과 많은 수의 라이트를 동시에 사용해도 효율적으로 처리할 수 있습니다

이러한 구조 덕분에 Deferred Rendering은 AAA급 게임과 같이 높은 비주얼 퀄리티가 요구되는 프로젝트에서 널리 사용되고 있습니다.

UE5 Deferred Rendering Pass

UE5의 Deferred Renderer는 전통적인 2-pass 구조보다 더 복잡합니다.

• Depth Pre-pass
• Base Pass (G-buffer 생성)
• Shadow Pass
• Lighting Pass
• Post-processing

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참고 자료

• Unreal Engine Documentation - Rendering
• Learn OpenGL - Deferred Shading