셰이더

미술 시간에 커다란 벽화를 반 전체가 나눠 칠한다고 생각해 볼게요. 벽을 작은 네모로 나누고 한 사람이 여러 칸씩 나눠 맡으면 순식간에 끝나요. 대신 미리 약속이 필요해요. '햇빛이 왼쪽 위에서 오니까 오른쪽 아래는 어둡게 칠하자' 같은 규칙을 종이에 적어 모두에게 나눠 주는 거예요.

게임 화면도 이런 방식으로 그려져요. 화면은 픽셀이라고 부르는 아주 작은 점 수백만 개로 이루어져 있어요. 그래픽 카드 안에는 단순한 계산기가 수천 개 들어 있어서, 수천 개가 동시에 일하면서 각자 맡은 점들을 차례로 칠해요.

이때 모두가 손에 들고 있는 규칙이 적힌 종이가 바로 셰이더예요. 색이 담긴 그림 파일이 아니라, 색을 어떻게 정할지 알려 주는 계산 순서라는 점이 중요해요.

규칙지에 무엇을 적느냐에 따라 같은 물체가 달라 보여요. '빛이 정면으로 닿는 곳은 밝게, 아주 좁은 부분만 하얗게 빛나게'라고 적으면 금속처럼 반짝여요. '어느 방향에서 봐도 비슷하게 뿌옇게'라고 적으면 같은 물체가 고무처럼 보여요.

색만 정하는 것은 아니에요. 물체의 뼈대는 수많은 꼭짓점으로 이루어져 있는데, 이 꼭짓점의 위치를 옮기는 규칙지도 따로 있어요. 여기에 '시간이 흐를수록 위아래로 물결치게'라고 적으면 호수 표면이 일렁이기 시작해요.

그래서 게임 화면의 분위기는 규칙지를 갈아 끼우는 것만으로 확 달라져요. 만화 같은 화면도, 안개 낀 새벽 화면도 같은 물체에 다른 규칙지를 씌워 만들어요. 물결이 일렁이고 금속이 빛나는 장면이 모두 이 방식으로 나와요. 화면 전체에 한 번 더 규칙지를 씌워 빛 번짐이나 흐린 배경을 얹기도 해요.

규칙지가 그림을 대신 그려 주는 마법은 아니에요. 셰이더는 '이 점의 색은 무엇인가'라는 질문에 숫자로 답할 뿐이에요. 그 답을 수백만 번 모아 놓으면 한 장면이 완성돼요. 화면을 만들어 내는 전체 과정은 렌더링이라고 부르고, 셰이더는 그중에서 색과 위치를 계산하는 자리를 맡아요.

규칙이 짧고 단순해야 하는 이유도 여기에 있어요. 한 장면마다 수백만 번, 그것도 초당 수십 장씩 되풀이되기 때문이에요. 규칙이 너무 무거워지면 한 장면을 제때 그려 내지 못해 화면이 뚝뚝 끊겨요.

요즘은 이 계산기 무리를 그림이 아닌 일에도 빌려 써요. 숫자를 잔뜩 늘어놓고 같은 계산을 되풀이하는 일이라면 한꺼번에 나눠 처리하는 방식이 잘 통하기 때문이에요. 인공지능 학습에 그래픽 카드를 쓰는 것도 벽화를 나눠 칠하던 방식을 그대로 빌려 온 셈이에요.