광선 추적, 게임에 추가적인 현실감 가져오는 수준 조명기술이다. 빛이 현실 세계에서 반사하고 굴절하는 방식을 모방함으로써 기존 게임에서 정적 조명을 사용하는 것보다 더 사실적인 환경을 제공합니다. 그렇다면 레이 트레이싱이란 정확히 무엇입니까? 그리고 더 중요한 것은 어떻게 작동하는가입니다. 좋은 그래픽 카드는 레이 트레이싱을 사용하여 몰입감을 높일 수 있지만 모든 GPU가 이 기술을 처리할 수 있는 것은 아닙니다. 레이 트레이싱이 게임 경험에 필수적인지, 업그레이드된 GPU에 수백 달러를 지출할 만한 가치가 있는지 알아보려면 계속 읽어보세요.
레이 트레이싱 – 가상 광자
레이 트레이싱의 혁신적인 조명 시스템이 어떻게 작동하는지 이해하려면 한발 물러서서 게임이 이전에 어떻게 빛을 렌더링했는지, 그리고 사실적인 경험을 위해 무엇을 에뮬레이트해야 하는지 이해해야 합니다. 레이 트레이싱이 아닌 게임은 정적 "구운" 조명에 의존합니다. 개발자는 어떤 시야에서도 빛이 고르게 방출되는 환경에 광원을 배치합니다. 또한 NPC 및 객체와 같은 가상 모델에는 다른 모델에 대한 정보가 포함되어 있지 않으며 렌더링 중에 조명 동작을 계산하기 위해 GPU가 필요합니다. 표면 텍스처는 빛을 반사하여 광택을 모방할 수 있지만 정적 광원에서 방출되는 빛만 반사할 수 있습니다. 아래 GTA V의 반사 비교를 예로 들어 보겠습니다.
전반적으로 GPU의 발전으로 이 프로세스가 수년에 걸쳐 더욱 현실적으로 보이도록 도움이 되었지만 게임은 실제 반사, 굴절 및 전반적인 조명 측면에서 여전히 사실적이지 않습니다. 이를 달성하려면 GPU가 가상 광선을 따라갈 수 있어야 합니다.
현실 세계에서 가시광선은 인간의 눈으로 인지되는 전자기 방사선 계열의 작은 부분입니다. 여기에는 입자와 파동으로 행동하는 광자가 포함되어 있습니다. 광자는 실제 크기나 모양이 없으며 생성되거나 파괴될 수만 있습니다.
그러나 빛은 광자의 흐름으로 설명될 수 있습니다. 광자가 많을수록 감지되는 빛은 더 밝아집니다. 반사는 광자가 표면에서 반사될 때 발생합니다. 직선으로 이동하는 광자가 투명한 물질을 통과하고 선이 방향이 바뀌거나 "구부러질" 때 굴절이 발생합니다. 파괴된 광자는 "흡수된" 것으로 감지될 수 있습니다.
게임의 레이 트레이싱은 빛이 현실 세계에서 작동하는 방식을 모방하려고 시도합니다. 수백만 개의 가상 광자를 추적하여 시뮬레이션된 빛의 경로를 추적합니다. 빛이 밝아질수록 GPU가 계산해야 하는 가상 광자가 많아지고 빛이 반사, 굴절 및 산란되는 표면이 많아집니다.
이 과정은 새로운 것이 아닙니다. CGI는 수십 년 동안 레이 트레이싱을 사용해 왔지만 초기에는 단일 프레임을 렌더링하는 데 몇 시간 또는 며칠이 걸릴 수 있었기 때문에 전체 영화를 렌더링하려면 많은 컴퓨터가 필요했습니다. 이제 가정용 컴퓨터는 광선 추적 그래픽을 실시간으로 에뮬레이트할 수 있으며, 하드웨어 가속과 영리한 조명 기술을 활용하여 광선 수를 관리 가능한 수로 제한할 수 있습니다.
정말 눈을 뜨게 만드는 사실은 다음과 같습니다. 여느 영화나 TV 쇼와 마찬가지로 CGI 애니메이션의 장면은 종종 다양한 각도를 사용하여 "촬영"됩니다. 각 프레임에 대해 카메라를 움직여 동작을 캡처하고, 확대/축소하거나 전체 영역을 이동할 수 있습니다. 그리고 애니메이션과 마찬가지로 움직임을 모방하기 위해 모든 것을 프레임별로 조작해야 합니다. 모든 이미지를 하나로 합치면 흐르는 이야기가 됩니다.
게임, 특히 빠르게 진행되는 게임에서는 항상 움직이고 관점을 끊임없이 바꾸는 단일 카메라를 제어합니다. CGI 및 광선 추적 게임 모두에서 GPU는 특정 장면에서 빛이 어떻게 반사되고 굴절되는지 계산할 뿐만 아니라 사용자의 관점에 따라 렌즈가 빛을 캡처하는 방법도 계산해야 합니다. 게임의 경우 이는 단일 컴퓨터나 콘솔에 대한 엄청난 양의 계산 작업입니다.
불행하게도 높은 프레임 속도에서 광선 추적 그래픽을 실제로 처리할 수 있는 소비자 수준의 컴퓨터는 아직 없습니다. 대신 이제 우리는 효과적으로 속일 수 있는 하드웨어를 갖게 되었습니다.
레이 트레이싱 – 사실적인 그래픽
레이 트레이싱은 실제 생활과 근본적으로 유사하므로 극도로 사실적인 3D 렌더링 기술이 되며, 심지어 Minecraft와 같은 블록형 게임도 올바른 조건에서 거의 사실적으로 보이게 만듭니다. 단 한 가지 문제가 있습니다. 시뮬레이션하기가 매우 어렵습니다. 현실 세계에서 조명이 작동하는 방식을 재현하는 것은 복잡하고 리소스 집약적이며 많은 양의 컴퓨팅 성능이 필요합니다.
따라서 Nvidia의 RTX 중심 Ray Tracing과 같은 게임의 현재 Ray Tracing 옵션은 현실적이지 않습니다. 이는 빛의 모든 지점이 시뮬레이션되는 진정한 광선 추적이 아닙니다. 대신, GPU는 하드웨어에 많은 부담을 주지 않으면서 동일한 시각 효과에 가까운 것을 제공하기 위해 다양한 영리한 접근 방식을 사용하여 "속임수"를 사용합니다.
대부분의 레이 트레이싱 게임은 이제 종종 래스터화라고 불리는 전통적인 조명 기술과 반사 웅덩이 및 금속 세공과 같은 특정 표면에 대한 레이 트레이싱 기술의 조합을 사용합니다. Battlefield V가 이에 대한 좋은 예입니다. 물속에 비친 군인의 모습, 비행기에 비친 지형, 자동차 도장면에 반사된 폭발의 모습을 볼 수 있습니다. 최신 3D 엔진에서는 반사를 표시하는 것이 가능하지만, 레이 트레이싱이 활성화된 경우 Battlefield V와 같은 게임에서 표시되는 세부 수준에는 미치지 못합니다.
광선 추적을 사용하면 그림자를 더욱 역동적이고 사실적으로 보이게 만들 수도 있습니다. Shadow of the Tomb Raider에서 이것이 큰 효과를 발휘하는 것을 볼 수 있습니다.
광선 추적형 조명은 어두운 장면과 밝은 장면에서 훨씬 더 사실적인 그림자를 만들어 가장자리를 더 부드럽게 하고 선명도를 높여줍니다. 레이 트레이싱 없이 이 모양을 얻는 것은 매우 어렵습니다. 개발자는 신중하고 통제된 방식으로 미리 설정된 정적 광원을 사용해야만 이를 에뮬레이트할 수 있습니다. 이 모든 "각광"을 배치하려면 많은 시간과 노력이 필요하며, 심지어 결과도 그다지 좋지 않습니다.
일부 게임에서는 전역 조명을 위해 광선 추적을 사용하여 전체 장면을 효과적으로 광선 추적합니다. 그러나 이는 계산 비용이 가장 많이 드는 옵션이며 효과적으로 실행하려면 가장 강력한 최신 그래픽 카드가 필요합니다. Metro Exodus는 이 기술을 사용하지만 구현이 완벽하지는 않습니다.
그렇기 때문에 광선 추적 그림자나 반사 표면과 같은 절반 정도의 조치만 인기가 있습니다. 다른 게임에서는 노이즈 제거 및 Deep Learning Super Sampling과 같은 Nvidia 기술을 활용하여 성능을 향상하고 실제 광선 추적 장면을 렌더링하는 데 필요한 것보다 적은 광선을 처리하여 발생하는 시각적 문제를 일부 해결합니다. 이러한 기술은 고성능 서버가 단일 프레임을 처리하는 데 며칠을 소비할 수 있는 사전 렌더링된 스크린샷 및 영화용으로 여전히 예약되어 있습니다.
광선은 어떻게 작동합니까?
Nvidia의 RTX 20 시리즈 그래픽 카드는 상대적으로 적은 수준의 레이 트레이싱 애플리케이션도 처리할 수 있도록 레이 트레이싱용으로 특별히 제작된 하드웨어를 제공했습니다.
이제 모든 RTX 카드는 레이 트레이싱을 지원하며, 최신 RTX 40 시리즈 GPU의 성능을 속이는 또 다른 방법이 있습니다. SER(Shader Execution Reordering)은 RTX 4090 및 RTX 4080에서 사용할 수 있으며 Nvidia는 광선 추적 게임의 성능을 25% 향상시킬 수 있다고 말합니다. GPU에서 처리할 때 광선 추적 명령을 재정렬하여 사용 가능한 컴퓨팅 성능에 맞게 작업을 최적화하는 방식으로 작동합니다.
Ray Tracing의 초기에는 어려움이 있었지만 Nvidia의 최신 카드는 훨씬 더 나은 성능을 발휘했습니다. 차세대 SER 및 DLSS 3을 사용하면 프레임 속도를 줄이지 않는 레이 트레이싱을 볼 수 있습니다. Nvidia의 새로운 DLSS 3.5는 또한 Ray Reconstruction을 통해 Ray Tracing을 지원할 것을 약속합니다.
하지만 Nvidia의 광선 추적 방법이 사용 가능한 유일한 옵션은 아닙니다. 동일한 성능은 아니지만 비슷한 시각적 효과를 제공하는 Reshade "경로 추적" 후처리 효과도 있습니다.
이제 AMD에는 광선 추적 옵션도 있습니다. 이에 대해서는 나중에 자세히 설명하겠습니다.
애플리케이션에 관계없이 Ray Tracing을 위해서는 여전히 강력한 그래픽 카드가 필요하지만, 게임 개발자들 사이에서 이 기술이 널리 보급됨에 따라 훨씬 더 저렴한 가격으로 더 넓은 범위의 지원 하드웨어를 볼 수 있게 되었습니다.
레이 트레이싱은 주로 PC에 중점을 두었지만 다른 장치에도 적용되기 시작했습니다. Apple은 최근 iPhone 15의 A17 Bionic 칩에 게임을 포함한 하드웨어 가속 레이 트레이싱 기능이 포함되어 있다고 발표했습니다.
집에서 레이 트레이싱을 보는 방법
집에서 레이 트레이싱을 보려면 새롭고 값비싼 그래픽 카드가 필요합니다. 하드웨어 가속 광선 추적은 Nvidia RTX GPU 또는 AMD의 RX 6000 시리즈 GPU에서만 사용할 수 있습니다. GTX 10 시리즈 및 16 시리즈 카드는 레이 트레이싱을 지원하지만 편안하게 플레이할 수 있는 RT 코어가 부족합니다.
1080p 이상의 해상도와 60fps 이상의 프레임 속도로 게임을 즐기고 싶다면 최고급 그래픽 카드를 구입하는 것이 가장 좋습니다. 4K에서는 RTX 3080과 RX 6800 XT가 눈에 띄는 카드이지만, 특정 게임에서 1440p까지 올릴 의향이 있다면 RTX 3070이나 RX 6800을 사용할 수도 있습니다.
레이 트레이싱 기능을 갖춘 게임의 수는 제한되어 있지만 그 수는 점차 늘어나고 있습니다. 레이 트레이싱의 가장 좋은 예에는 Battlefield V, Shadow of the Tomb Raider 및 Metro Exodus와 같은 초기 RTX 데모가 포함됩니다. Control 및 MechWarrior 5: Mercenaries와 같은 최신 게임도 흥미로워 보입니다. Stay in the Light는 레이 트레이싱된 그림자와 반사를 사용하여 제작된 인디 공포 게임입니다. RTX 레이 트레이싱으로 리마스터링된 Quake II도 또 다른 좋은 예입니다.
시장에는 레이 트레이싱 게임 수가 적지만 업계는 성장하고 있습니다. PlayStation 5와 Xbox Series X가 레이 트레이싱을 선전하기 시작하면 경쟁업체도 곧 이를 따를 것입니다. 멀티플랫폼 게임인 Watch Dogs 2는 새로운 Watch Dogs: Legion과 다릅니다. 새 게임에는 콘솔과 컴퓨터에서 실행하기 위한 레이 트레이싱이 도입되었습니다.
UL Benchmark의 Port Royal Ray Tracing을 사용하여 컴퓨터가 Ray Tracing과 작동하는지 확인하십시오.
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