레이 트레이싱이란 무엇이며 게임을 어떻게 바꿀까요?

레이 트레이싱은 게임에 현실감을 더해주는 조명 기술입니다. 실제 세계에서 빛이 반사되고 굴절되는 방식을 에뮬레이션하여 보다 전통적인 게임에서 정적 조명을 사용하여 일반적으로 볼 수 있는 것보다 더 믿을 수 있는 환경을 제공합니다. 하지만 레이 트레이싱이란 정확히 무엇입니까? 그리고 더 중요한 것은 어떻게 작동합니까?

우수한 그래픽 카드는 레이 트레이싱을 사용하여 몰입도를 높일 수 있지만 모든 GPU가 이 기술을 처리할 수 있는 것은 아닙니다. 레이 트레이싱이 게임 경험에 필수적인지, 업그레이드된 GPU에 수백 달러를 지출하는 것이 정당한지 결정하려면 계속 읽어보세요.

가상 광자

레이 트레이싱의 혁신적인 조명 시스템이 어떻게 작동하는지 이해하려면 한 걸음 물러서서 이전에 게임에서 조명을 렌더링한 방식과 사실적인 조명을 위해 에뮬레이션해야 하는 사항을 이해합니다. 경험.

레이 트레이싱이 없는 게임은 고정된 "베이크인" 조명에 의존합니다. 개발자는 주어진 보기에서 빛을 고르게 방출하는 환경 내에 광원을 배치합니다. 또한 NPC 및 개체와 같은 가상 모델에는 다른 모델에 대한 정보가 포함되어 있지 않으므로 GPU가 렌더링 프로세스 중에 빛의 동작을 계산해야 합니다. 표면 텍스처는 광택을 모방하기 위해 빛을 반사할 수 있지만 정적 소스에서 방출되는 빛만 가능합니다. 의 비교를 반사 GTA V예를 들어 아래.

전반적으로 GPU의 진화는 이 프로세스가 수년에 걸쳐 보다 현실적으로 보이도록 도왔습니다. 그러나 게임은 여전히 ​​현실 세계의 반사, 굴절 및 일반 측면에서 사실적이지 않습니다. 조명. 이를 달성하기 위해 GPU는 가상 광선을 추적하는 기능이 필요합니다.

현실 세계에서 가시광선은 인간의 눈으로 감지되는 전자기파 계열의 작은 부분입니다. 그것은 입자와 파동 모두로 행동하는 광자를 포함합니다. 광자는 실제 크기나 모양이 없으며 생성하거나 파괴할 수만 있습니다.

즉, 빛은 광자의 흐름으로 식별될 수 있습니다. 광자가 많을수록 인식되는 빛이 더 밝아집니다. 반사는 광자가 표면에서 반사될 때 발생합니다. 굴절은 직선으로 이동하는 광자가 투명한 물질을 통과하고 선이 방향을 바꾸거나 "구부러질" 때 발생합니다. 파괴된 광자는 "흡수된" 것으로 인식될 수 있습니다.

게임의 광선 추적은 실제 세계에서 빛이 작동하는 방식을 에뮬레이션하려고 시도합니다. 수백만 개의 가상 광자를 추적하여 시뮬레이션된 빛의 경로를 추적합니다. 빛이 밝을수록 GPU가 계산해야 하는 가상 광자가 더 많아지고 더 많은 표면이 반사, 굴절 및 분산됩니다.

그 과정은 새로운 것이 아닙니다. CGI는 수십 년 동안 광선 추적을 사용해 왔지만, 단일 프레임을 렌더링하는 데 몇 시간 또는 며칠이 걸릴 수 있는 전체 영화를 생성하기 위해 초기에는 컴퓨터 농장이 필요했습니다. 이제 가정용 PC는 광선 추적 그래픽을 실시간으로 에뮬레이션할 수 있으며, 하드웨어 가속과 영리한 조명 트릭을 활용하여 광선 수를 관리 가능한 수로 제한할 수 있습니다.

정말 눈을 뜨게 하는 것은 영화나 TV 쇼와 마찬가지로 CGI 애니메이션의 장면은 일반적으로 다른 각도를 사용하여 "촬영"됩니다. 각 프레임에 대해 카메라를 이동하여 동작을 캡처하고, 확대, 축소하거나 전체 영역을 이동할 수 있습니다. 그리고 애니메이션과 마찬가지로 움직임을 에뮬레이션하려면 프레임 단위로 모든 것을 조작해야 합니다. 모든 영상을 하나로 합치면 흐르는 이야기가 생깁니다.

게임에서는 특히 빠르게 진행되는 게임에서 항상 움직이고 항상 시점을 변경하는 단일 카메라를 제어합니다. CGI 및 광선 추적 게임 모두에서 GPU는 주어진 장면에서 빛이 반사되고 굴절되는 방식을 계산해야 할 뿐만 아니라 렌즈에 의해 캡처되는 방식, 즉 사용자의 관점도 계산해야 합니다. 게임의 경우 단일 PC 또는 콘솔에 대한 엄청난 양의 계산 작업입니다.

불행하게도 우리는 여전히 높은 프레임 속도에서 진정으로 광선 추적 그래픽을 렌더링할 수 있는 소비자 수준의 PC가 없습니다. 대신 효과적으로 속일 수 있는 하드웨어가 있습니다.

현실을 직시하자

레이 트레이싱은 실생활과 근본적으로 유사하기 때문에 매우 사실적인 3D 렌더링 기술이 됩니다. 마인크래프트 올바른 조건에서 거의 사실적으로 보입니다. 한 가지 문제가 있습니다. 시뮬레이션하기가 매우 어렵습니다. 현실 세계에서 빛이 작동하는 방식을 재현하는 것은 복잡하고 리소스 집약적이며 대량의 컴퓨팅 성능이 필요합니다.

그렇기 때문에 Nvidia의 RTX 기반 레이 트레이싱과 같은 게임의 기존 레이 트레이싱 옵션이 현실적이지 않습니다. 빛의 모든 지점을 시뮬레이션하는 진정한 레이 트레이싱이 아닙니다. 대신 GPU는 몇 가지 스마트 근사치를 사용하여 동일한 시각적 효과에 가까운 무언가를 제공하지만 하드웨어에 큰 부담을 주지 않는 방식으로 "속임수"를 사용합니다.

이제 대부분의 광선 추적 게임은 일반적으로 래스터화라고 하는 전통적인 조명 기술과 반사 웅덩이 및 금속 세공과 같은 특정 표면에 대한 광선 추적의 조합을 사용합니다. 전장 V 그 좋은 예다.. 물에 반사된 군대, 비행기의 지형 반사, 자동차 페인트에 반사된 폭발을 볼 수 있습니다. 최신 3D 엔진에서 반사를 표시할 수 있지만 다음과 같은 게임에서 표시되는 세부 수준에서는 표시되지 않습니다. 전장 V 레이 트레이싱이 활성화된 경우.

또한 레이 트레이싱을 그림자에 활용하여 더욱 역동적이고 사실적으로 보이게 할 수 있습니다. 에서 큰 효과를 보인 것을 볼 수 있습니다. 쉐도우 오브 더 툼레이더.

광선 추적 조명은 어둡고 밝은 장면에서 가장자리가 더 부드럽고 선명도가 높아 훨씬 더 사실적인 그림자를 만들 수 있습니다. 레이 트레이싱 없이 그런 모습을 구현하는 것은 매우 어렵습니다. 개발자는 미리 설정된 정적 광원을 주의 깊게 제어하여 사용해야만 가짜로 만들 수 있습니다. 이 모든 "무대 조명"을 배치하면 많이 시간과 노력의 - 그럼에도 불구하고 결과는 옳지 않습니다.

일부 게임은 전역 조명을 위해 레이 트레이싱을 사용하여 전체 장면을 효과적으로 레이 트레이싱합니다. 그러나 이것은 가장 계산 비용이 많이 드는 옵션이며 효과적으로 실행하려면 가장 강력한 최신 그래픽 카드가 필요합니다. 메트로 엑소더스 구현이 완벽하지는 않지만 이 기술을 사용합니다..

그 때문에 광선 추적 그림자 또는 반사 표면과 같은 절반 측정이 널리 사용됩니다. 다른 게임은 노이즈 제거와 같은 Nvidia 기술을 활용합니다. 딥 러닝 슈퍼 샘플링 성능을 개선하고 진정한 레이 트레이싱 장면을 만드는 데 필요한 것보다 적은 수의 레이를 렌더링하여 발생하는 시각적 문제를 일부 커버합니다. 그것들은 고성능 서버가 단일 프레임을 렌더링하는 데 며칠을 소비할 수 있는 사전 렌더링된 스크린샷 및 영화용으로 여전히 예약되어 있습니다.

광선 뒤의 하드웨어

이러한 비교적 온건한 레이 트레이싱 구현을 처리하기 위해 Nvidia의 RTX 20 시리즈 그래픽 카드는 레이 트레이싱을 위해 특별히 제작된 하드웨어를 도입했습니다.

이제 모든 RTX 카드는 레이 트레이싱을 지원하며 최신 RTX 40 시리즈 GPU에는 성능을 속일 수 있는 또 다른 방법이 있습니다. SER 또는 셰이더 실행 재정렬, 에서 사용 가능 RTX4090 RTX 4080, Nvidia는 레이 트레이싱이 있는 게임에서 성능을 25% 향상시킬 수 있다고 말합니다. 레이 트레이싱 명령이 GPU에 의해 처리될 때 순서를 재정렬하여 사용 가능한 계산 능력에 맞게 작업을 최적화하는 방식으로 작동합니다.

레이 트레이싱의 초기 시절은 거칠었지만 Nvidia의 최근 카드는 훨씬 더 나은 성능을 보였습니다. DLSS 3과 함께 차세대 SER을 사용하면 프레임 속도를 저하시키지 않는 레이 트레이싱을 볼 수 있습니다.

엔비디아의 레이 트레이싱 그러나 방법이 유일한 옵션은 아닙니다. 또한 Reshade의 "경로 추적" 후처리 효과는 동일한 성능 저하 없이 유사한 시각적 효과를 제공합니다.

AMD에는 현재 레이 트레이싱 옵션도 있으며 다음에 살펴보겠습니다.

당신은 여전히 강력한 그래픽 카드 구현에 관계없이 레이 트레이싱을 위해 기술이 게임 개발자에게 인기를 끌면서 훨씬 더 저렴한 가격으로 더 다양한 지원 하드웨어를 볼 수 있습니다.

AMD는 어떻습니까?

AMD는 지난 몇 년 동안 하드웨어 가속 레이 트레이싱을 제공하기 위해 고군분투했지만 RX 6800, 6800 XT 및 6900 XT가 출시되면서 상황이 바뀌었습니다. 이 새로운 카드는 DirectX 12 레이 트레이싱 지원을 특징으로 하며 AMD가 레이 트레이싱 부서에서 Nvidia의 수준에 있지 않더라도 뛰어난 성능을 제공합니다. RX 6800 XT 대 RTX 3080 그리고 RX 6900 XT 대 RTX 3090 더 많은 비교).

그것은 거의 놀라운 일이 아닙니다. 빅 나비 아키텍처 AMD의 RX 6000 카드에 전원을 공급하는 것은 레이 트레이싱 가속의 1세대입니다. 이는 PlayStation 5 및 Xbox 시리즈 X, Nvidia의 주력 카드보다 전반적으로 낮은 성능 계층을 제공합니다. 그러나 레이 트레이싱은 차세대 콘솔에서 눈에 띄는 기능이기 때문에 앞으로 더 나은 지원과 최적화를 기대합니다. 가까운 미래에 우리는 의 데뷔를 보게 될 것입니다. AMD FidelityFX 슈퍼 해상도(FSR) 게임용 PC 및 최신 버전의 Microsoft Xbox.

집에서 레이 트레이싱을 어떻게 볼 수 있습니까?

집에서 레이 트레이싱을 보려면 최신의 고가의 그래픽 카드가 필요합니다. 하드웨어 가속 레이 트레이싱은 Nvidia RTX GPU 또는 AMD의 RX 6000 시리즈 GPU에서만 사용할 수 있습니다. GTX 10 시리즈 및 16 시리즈 카드는 레이 트레이싱을 지원하지만 RT 코어가 부족하여 편안하게 사용할 수 있습니다. 할 수 있는.

1080p 이상의 해상도와 60fps 이상의 프레임 속도로 플레이할 예정이라면 가장 좋은 방법은 최고급 그래픽 카드를 구입하는 것입니다. 4K에서는 RTX 3080 및 RX 6800 XT가 눈에 띄는 카드이지만 RTX 3070 또는 RX 6800 특정 타이틀에서 1440p로 이동하려는 경우.

제한된 선택이 있습니다 레이 트레이싱이 가능한 게임의 수는 증가하고 있습니다. 레이 트레이싱의 주요 예에는 다음과 같은 초기 RTX 데모가 포함됩니다. 전장 V, 쉐도우 오브 더 툼레이더, 그리고 메트로 엑소더스. 다음과 같은 최신 게임 제어 그리고 MechWarrior 5: 용병 또한 매력적으로 보입니다. 빛 속에 머물다 레이 트레이싱 그림자와 반사를 사용하여 만든 인디 공포 게임입니다. 리마스터 퀘이크 II RTX 레이 트레이싱으로 또 다른 환상적인 예입니다.

시장에 출시된 레이 트레이싱 게임은 적지만 업계는 성장하고 있습니다. 처럼 플레이스테이션 5 그리고 엑스박스 시리즈 X 레이 트레이싱 광고를 시작하면 경쟁업체가 곧 뒤따를 것입니다. 멀티 플랫폼 게임 와치 독스 2 새것과 다르다 Watch Dogs: 군단, 새 게임이 콘솔과 컴퓨터에서 작동하도록 레이 트레이싱을 시작했기 때문입니다.

사용해보기 UL Benchmark의 Port Royal 레이 트레이싱 PC에서 레이 트레이싱이 작동하는지 확인합니다.

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