FPS가 게임 플레이에 미치는 영향은?, 엔비디아 높은 FPS에서 부드러운 화면 전환과 고스팅 및 티어링 감소

엔비디아(www.nvidia.co.kr, CEO 젠슨 황)가 1인칭 슈팅 게임 '카운터 스트라이크: 글로벌 오펜시브(CS:GO)’에서 60, 144, 240 FPS/Hz가 각각 게임 플레이에 미치는 영향을 보여주는 영상을 공개하며, FPS(초당 프레임 수)가 게임 플레이에 미치는 영향에 대한 연구 결과를 발표했다.  

승부욕 강한 게이머들과 e스포츠 선수들은 경쟁 우위를 점하기 위해 최대한 높은 FPS를 얻는 것을 목표로 한다. 부드러운 애니메이션, 낮은 레이턴시와 최소한의 방해요소를 갖춰야만 최상의 결과를 얻을 수 있기 때문이다. 최신 GPU로 구현한 높은 프레임률로 게이머들의 경쟁력을 높일 수 있다.

FPS와 Hz란 무엇인가? 

FPS와 Hz는 게임업계에서 종종 혼용되거나 오용되기도 한다. Hz는 초당 사이클 수를 의미하며, 일반적으로 디스플레이와 관련있다. FPS와 Hz 모두 화면 속도를 나타내지만 사용자 PC의 렌더링 시스템 상에서 다른 구성요소를 사용해 구현된다. 즉, FPS는 시스템, 특히 GPU가 프레임을 완성하는 속도, Hz는 디스플레이가 완성된 프레임을 표시하는 속도를 뜻한다. 

모니터와 GPU의 속도는 다르다. GPU는 디스플레이가 프레임을 송출하는 속도보다 빠르게 또는 느리게 프레임을 완성한다. 프레임 속도는 렌더링 되는 3D 장면의 복잡한 정도가 다르기 때문에 다르게 나타난다. 예를 들어, 한 장면에서 폭발하는 이미지를 렌더링하는데 걸리는 시간이 이전 장면의 폭발 이미지 보다 길 수 있다. 반면, Hz는 속도가 일정하고, 장면의 복잡성에 따라 달라지지 않는다. 60Hz는 초속 60회, 144Hz는 초속 144회를 뜻한다. 주사율(refresh rate)를 조절할 수 있는 디스플레이가 있지만, 빠른 이해를 돕고자 고정 주사율을 기반으로 설명하려 한다. 

프레임별로 프레임 시간이 일정하지 않기 때문에, 대체적으로 FPS는 여러 초에 걸친 이동 평균(rolling average)을 말한다. FPS는 GPU가 1초마다 완성하는 평균 프레임 수로 볼 수 있다. 

결론적으로, GPU는 FPS와, 디스플레이는 Hz와 관련 있으며, 최상의 성능을 경험하기 위해서는 FPS와 Hz 모두 높아야 한다.

높은 FPS로 구현하는 한층 부드러워진 애니메이션

영상을 통해 FPS/Hz가 높을수록 부드러워진 애니메이션을 확인할 수 있다. 60 FPS/Hz에서의 끊어짐 현상은 두드러지게 나타나며, 240 FPS/Hz 에서는 끊어짐 현상이 줄어든 것을 확인할 수 있다. 

60FPS/Hz의 각 ‘단계’마다, 240FPS/Hz에는 4개의 ‘단계’가 있다. 단계가 많을수록 표현되는 움직임이 많아져 240FPS/Hz가 훨씬 부드럽게 보인다. 240FPS/Hz의 경우 같은 시간 동안 3개의 프레임이 추가된다. 

애니메이션이 부드러울수록 보고자 하는 대상을 따라가기 쉽다. 오버슈팅(overshooting)이나 언더슈팅(undershooting)을 위해 미세한 조정이 필요한 경우, 보고자 하는 대상이 부드럽게 움직이면 다른 곳에 시선을 두었다가 대상에 더 빠르게 돌아올 수 있다.

높은 FPS/Hz로 고스팅 감소

고스팅(Ghosting)은 모든 LCD 디스플레이에서 발생하며, 이는 게이머의 몰입을 방해한다. 디스플레이가 재생(refresh)될 때, 색상이 즉각적으로 변하지 않는다. 픽셀이 바뀌기 위해 시간이 소요된다. 특히 색 변화의 범위가 클 경우 더욱 그러하다. 

CS:GO 영상을 보면 고스트 현상이 물체의 흔적처럼 보이는데, 대체로 이전 프레임에서 물체가 있던 자리에서 나타난다. 

애니메이션의 각 단계에 따라 고스트 현상이 애니메이션의 이전 ‘단계’에서 나타난다. 60 FPS/Hz에서는 애니메이션 단계 간의 거리가 길어, 고스트 현상이 눈에 띄기 쉽다. 반면, 240 FPS/Hz에서는 애니메이션 단계 간 거리가 짧아, 고스트 현상이 적게 확인된다. 

그렇기 때문에 FPS/Hz가 높을수록 게임 캐릭터를 회전하거나 물체를 움직이는 모습을 훨씬 선명하게 볼 수 있다. 애니메이션이 부드러울수록 더 자연스럽게 보이는 것처럼, 고스팅 현상이 줄어들수록 보고자 하는 대상에 더 집중할 수 있게 된다.

높은 FPS로 티어링 감소

티어링은 디스플레이가 GPU와는 다른 프레임을 송출해 화면이 가로로 갈라지거나 이미지가 화면 속에서 이동하는 것을 뜻한다. 아래 이미지에서 게임 캐릭터에 티어링 현상이 일어난 것을 확인할 수 있다.