자동차 디자인과 설계에서 쓰이는 레이 트레이싱 기술

지난 글에서는 레이 트레이싱(Ray Tracing)의 정의와 개념을 살펴봤다. 레이 트레이싱은 극사실적인 장면 특히, 반사가 많은 장면이나 두꺼운 유리처럼 복잡한 반투명 재질 표현이 필요한 장면 연출에 탁월한 기술이다. 이 때문에 애니메이션이나 영화 산업에서 사실적인 장면을 연출하기 위한 용도로 오랫동안 사용돼 왔지만 문제는 높은 적용 비용이다.

참고기사 - 언리얼 엔진 '리얼타임 레이 트레이싱' – 진화

전통적으로 레이 트레이싱은 렌더링 시간이 매우 오래 필요한 기술이었기 때문에 제작 비용의 상승 부르는 요인 중 하나였다. 언리얼 엔진의 리얼타임(Real-time, 실시간) 레이 트레이싱 기술이 공개됐을 때 게임산업이 아닌 영화와 건축, 자동차 업계 등에서도 큰 관심을 나타낸 이유도 이런 까닭에 있다. 다양한 적용 사례 중 이번 글에서는 리얼타임 레이 트레이싱이 자동차 산업 내에서 어떻게 활용되고 있는지 살펴보도록 하자.

자동차 산업에서의 리얼타임 레이 트레이싱

자동차를 구매할 때 소비자가 살펴보는 요소들은 매우 다양하다. 안정성이나 연비를 넘어 이제는 친환경 자동차인지, 내부 컵 홀더는 몇 개인지도 따져보는 시대다. 그러나 시대가 변해도 달라지지 않은 불변의, 그리고 중요한 구매 요소가 있으니, 바로 디자인이다.  

출처=맥라렌

모든 자동차 디자인은 특징적인 디자인 굴곡과 선을 지니고 있으며, 그 자체가 때로는 그 모델의 상징이 되기도 한다. 그러나 잘 만들어진 겉모습도 종종 다변화되는 라이팅 환경과 그에 따른 반사로 인해 제대로 표현되지 못하는 경우가 생긴다. 그만큼 빛과 반사(리플렉션)에 대한 고민은 자동차 디자인에서 매우 중요한 단계다. 

제조사는 초기 컨셉에서 최종 제품의 홍보에 이르기까지 자동차 표면에서 반사되는 빛의 움직임에 따라 차량 디자인이 어떻게 달리 보이는지 확인하고 집중할 필요가 있다. 그리고 레이 트레이싱이 활약하는 영역도 바로 이곳이다.

콘셉트 개발을 위한 크리에이티브 워크플로 강화

자동차 표면을 설계하고 다듬는 작업은 컨셉 단계부터 시작된다. 과거 오프라인 렌더링 기술은 이 과정에서 오랜 처리 시간을 요구해 디자이너들의 창의적인 워크플로를 방해했다. 반면 리얼타임 레이 트레이싱은 최종 디자인 콘셉트 처리에 필요한 시간을 대폭 단축해준다.

리얼타임 레이 트레이싱 적용은 또한 보다 정확한 섀도와 라이팅 아래 디자인을 평가할 수 있다는 점에서 긍정적이다. 디자이너는 전체 퀄리티 결과를 확인하면서 동시에 시점을 변경하고, 외형의 부분적 특성에 따른 라이팅 변화를 즉석에서 점검할 수 있다. 이를 통해 오류는 크게 줄고, 차후 개발에 더 유효한 디자인을 초반에 준비할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

 

디테일 확정 과정

디자이너와 엔지니어는 자동차 세부 디자인 단계에서 제조가 확정된 모델의 비주얼 퀄리티를 사용자 관점에서 평가해야 한다. 설계자들은 이 단계에서 외부 표면이 미적으로 만족스러운 반사를 제공하는지 확인한다. 또한, 디자이너는 인접한 표면 사이의 간격과 수평도 측정값이 일관되고 허용 가능한 범위 내에 있는지도 살펴봐야 하는데, 이는 각 표면에서 빛의 움직임을 확인할 때 도움이 된다.

출처=아우디

레이 트레이싱은 자동차 인테리어 디자인에도 사용된다. 실제 환경과 똑같이 다른 표면에서 반사된 빛이 어떤 표면의 최종 색상에 영향을 미치는지 리얼타임 글로벌 일루미네이션을 레이 트레이싱으로 활용할 수 있는데, 이 기능은 천이나 가죽, 플라스틱, 목재 등과 같은 소재의 내부 표면이 앰비언트 라이팅에서 어떻게 나타나는지 확인할 때 유용하다.

전통적인 방식의 자동차 개발은 이 단계에서 제작 비용이 많이 들고 시간 역시 오래 걸리는 클레이 모델과 실제 프로토타입을 사용해왔다. 하지만 이를 대체하거나 보완할 수 있는 리얼타임 레이 트레이싱 기술은 상당한 시간과 비용을 모두 절약해주는 효과를 기대할 수 있다.

 

아름다운 이미지와 디지털 쇼룸

자동차 디자인이 완성되고 생산 단계에 이를 무렵부터가 영업팀과 마케팅팀이 바빠지는 시간이다. 원활한 자동차 판매를 위해 최종 모델이 만들어지기 전 브로셔에 사용할 고품질의 스틸 이미지와 광고용 영상, 인터랙티브 POS(Point-of-Sale) 컨피규레이터, 디지털 쇼룸 등을 제작해야 하기 때문이다.

렌더링을 위한 반사 물체의 라이팅 방식은 해당 형태가 얼마나 효과적으로 표현되는지를 결정한다. 특히 자동차 뷰티샷 촬영을 위한 반사 물체 라이팅 작업은 카메라 위치에 많은 영향을 받는다. 이에 관한 실시간 피드백이 부재할 경우 역시 시행착오 반복에 따른 시간적, 비용적 부담이 상승하게 된다.

이때 리얼타임 레이 트레이싱을 활용해 소프트 박스, 반사 카드와 같은 물체나 조명을 배치하고, 정확한 결과를 실시간으로 확인하며, 빠른 작업 반복을 이루게 되면 훨씬 짧은 시간 안에 더 나은 결과물을 구현할 수 있다. 이 역시 상당한 비용 절감 효과를 기대할 수 있음은 물론이다.

출처=자이언트스텝

이처럼 리얼타임 레이 트레이싱은 초기 단계인 자동차 컨셉 개발에서부터 최종 판매를 위한 마케팅에 이르기까지 자동차 개발에 전방위적으로 사용되고 있다. 에픽게임즈를 비롯해 리얼타임 레이 트레이싱 기술을 개발, 제공하는 기업들이 자동차 설계 패러다임 변화에 적지 않은 영향을 미치고 있는 셈이다.

 

테크월드 - 월간 <EMBEDDED> 2020년 4월호 中

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