화요일, 5월 28, 2024

Ray tracing

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Ray tracing(Ray Tracing)은 영화 업계에서는 오래 전부터 사용되었지만 게임에서는 아직 까지 대중화 되지 않은 기술이다. Ray Tracing은 빛의 움직임을 현실적으로 만드는 기법으로 물체에 반사하는 빛을 최대한 현실처럼 똑같이 만드려는 그래픽 작업으로 게임에 현실감과 몰입을 부여한다.


위 이미지에서 보듯 Ray Tracing (RTX)가 켜졌을 때와 꺼졌을 때 전혀 다른 이미지 처럼 보인다. 동일한 차량에 반사되는 효과가 극적으로 대비된다. Ray Tracing그래픽 카드가 렌더링한 초현실적인 효과가 더욱 역동적인 주변 환경을 만들어낸다. 그림자가 태양에 따라 움직이고 사물이 더욱 부드럽게 보인다는 뜻이다.


Ray Tracing은 광선을 추적하는 알고리즘으로 작동한다. 빛이 물체나 표면에 닿을 때 해당 물체나 표면, 또는 다른 광선의 표면과 상호 작용하는 방식이 알고리즘으로 계산된다. 이때 사람의 눈이 빛과 그림자를 실시간으로 처리하는 방식을 모방하므로 매우 실감나게 보인다.


Ray Tracing은 그래픽의 드라마틱한 향상을 가져올 수 있지만GPU에 상당한 부담을 준다. 모든 광선을 추적하려면 막대한 연산이 필요하다. 따라서 대다수 게임은 Ray Tracing 대신 전통적인 Rasterization 방식을 사용한다. Rasterization을 이용하면 화면을 그려내는 속도가 훨씬 빨라지면서도 GPU 자원 소비량은 적다. Ray Tracing을 지원하는 게임조차 시각효과는 대부분 래스터화에 의존하고 최첨단 조명 효과를 몇 개의 핵심 특징에만 활용한다.


Rasterization는 비디오 게임 대부분의 전통적인 렌더링 방식이다. 간단히 말하면 GPU가 3D 장면을 조립하는 프로세스다. GPU는 조각가, 다각형은 점토에 비유할 수 있다. 장면이 설정되면 다각형이 2D 픽셀로 변형된 후 음영, 조명, 색상, 질감 등으로 다듬어진다.

Rasterization 기법은 조명 효과가 부정확하다는 한계가 있다. Ray Tracing처럼 빛을 추적하여 빛이 가상 물체에 어떻게 도달해야 하는지 계산하지 못한다. 이를 보완하기 위해 개발사는 조명과 그 관련 효과를 ‘가장’하는 데 많은 노력을 들이는 수밖에 없다. 이 지점에서 Ray Tracing 기능이 활약한다. 단, Ray Tracing 기능이 조금만 실행되어도 프레임 속도가 여전히 급락한다. 그래픽 카드의 하중을 줄여 성능을 다시 개선하는 이미지 업샘플링 신기술이 Ray Tracing의 등장과 연관이 깊은 이유다.


이를 위해 nVidia는 DLSS (Deep Learning Super Sampling)기술을 이용한다. 이 기술은 게임을 저해상도에서 렌더링한 후 해당 프레임을 사용자가 선택한 해상도로 업스케일한다. 이때 빈 곳을 채우기 위해 인공지능과 여러 프레임의 시간 데이터를 활용한다. 게임 성능을 희생하지 않고 화질을 최대한 선명하게 만든다. 이 과정에서 RayTracing의 작동 속도를 높인다.


AMD는FSR은 FidelityFX Super Resolution 기술을 이용한다. AMD의 업스케일링 솔루션이다. nVidia DLSS와 비슷한 FSR은 게임의 해상도를 낮춘 뒤 공간 업스케일 기법을 활용해 게임을 사용자가 선택한 전체 해상도로 보여준다. 그러나 FSR은 DLSS과 약간의 차이가 있다. FSR은 AMD GPU이외에 nVidia GPU에서도 동작한다는 것이 장점이다. FSR의 공간 업스케일은 성능 옵션을 올릴 수록 DLSS보다 시각적 품질이 눈에 띄게 높아진다. 그러나 특히 픽셀로 꽉 찬 1,440p 또는 4K 디스플레이에서 설정을 고급이나 최고급로 미리 설정해 두면 FSR과 DLSS 모두 잘 작동 한다.


Ray Tracing은 시스템의 처리 능력을 더 많이 요구하기 때문에 성능에 막대한 영향을 미친다. 프레임 속도가 눈에 띄게 급락하는 점은 실망스럽다. 최고 성능의 GPU도 마찬가지다. Ray Tracing을 지원하는 게임이 많지도 않다. 지원하더라도 반사된 상이나 그림자 같은 몇몇 효과에만 한정된다. 하지만 GPU가 Ray Tracing을 받쳐줄만큼 하이엔드 제품이면 기존보다 환상적인 시각 효과를 감상 할 수 있다.

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