언리얼 엔진 리얼타임 레이 트레이싱 – 건축 시각화

[테크월드=이건한 기자] 레이 트레이싱(Ray Tracing)은 반사가 많은 장면이나 두꺼운 유리처럼 복잡한 반투명 재질 표현이 필요한 장면을 만드는 데 주로 사용된다. 보통 게임 제작에 활용된다고 알려져 있지만 그 외에도 레이 트레이싱이 활용되는 분야는 다양하다. 극사실적인 이미지를 필요로 하는 건축 시각과 분야도 그중 하나다.

레이 트레이싱은 신(Scene) 주위에 반사되는 광선의 경로를 추적하는 방식으로 구현된다. 빛이 반사될 때마다 빛은 이전에 자신이 부딪힌 물체의 색상을 축적함으로써 실제 빛을 모방하고 강도를 점차 낮춰가는데, 이렇게 색을 입히면 선명한 반사와 함께 은은하고 실감나는 색감을 얻어낼 수 있다.

빛의 물리적 움직임을 모방하므로 화면 밖 물체의 부드럽고 세밀한 그림자와 반사되는 빛 등 더욱 사실적인 결과를 만들 수 있다. 이런 특성을 이용해 오프라인 렌더링에서도 더욱 사실적인 결과물은 얻기 위해 레이 트레이싱을 사용하기 시작한 것이다.

하지만 오프라인 렌더러로 단일 프레임을 렌더링하려면 짧으면 몇 분, 길게는 몇 시간이 걸릴 정도로 오랜 시간이 요구된다. 1초에 24프레임(FPS)이 필요한 영상 애니메이션을 만든다고 했을 때, 1프레임 처리에 몇 시간이 걸리는 오프라인 렌더링 레이 트레이싱을 사용할 경우, 최종 결과물을 얻기까진 천문학적인 시간이 걸린다. 그리고 이는 곧 제작 비용의 상승을 가져오는 문제이기도 하다.

이 때문에 빠른 시간 내에 물리적으로 정확하고, 실제 모습을 재현한 듯한 건축 디자인을 구현하는 것은 오프라인 렌더링 솔루션을 사용하던 건축 분야 시각화 전문가들의 오랜 숙원이었다. 그러던 중 언리얼 엔진을 통해 리얼타임 레이 트레이싱 기법을 사용할 수 있게 되면서 드디어 건축 분야에서도 보다 실제적이고 몰입감 있는 장면을 통해 실제 크기의 디자인을 평가할 수 있게 됐다.

에픽게임즈가 연재하는 이번 리얼타임 레이 트레이싱 마지막 연재에서는 건축 시각화 분야에서의 사례에 대해 알아보기로 한다.

CGarchitect 2019에서 등장한 리얼타임 레이 트레이싱

건축 시각화 분야에서 가장 규모가 크고 권위 있는 상인 ‘CGarchitect Architectural 3D Awards’에는 2019년 처음으로 최고의 언리얼 스튜디오 DXR 레이 트레이싱 작품을 선발하는 시상 부분이 신설됐다.

이 부문 첫 수상자인 조안(Zoan)과 후보에 오른 파스콸레 시온티(Pasquale Scionti), SJB 아키텍츠(SJB Architects)는 언리얼 엔진의 레이 트레이싱 기능을 시각화에 적용해 많은 이에게 큰 영감을 줬다.

이제 ‘섀도’와 ’리플렉션’, ’스카이 라이트’ 등 건축 시각화에 있어 중요한 ‘빛’과 관련된 언리얼 엔진의 레이 트레이싱 기술이 어떤 방식으로 적용되고 있는지 구체적인 사례를 통해 살펴보자.

섀도

언리얼 엔진에서 섀도를 레이 트레이스할 수 있는 기능은 정확도가 생명인 햇빛 연구에 특히 유용하다. 가령 인테리어 디자인을 할 때 에어리어 라이트(Area lights)로 생기는 다이내믹 소프트 섀도를 활용하면 소파나 의자 같은 가구 커버의 미세한 디테일까지 사실적으로 구현할 수 있다.

레이 트레이싱을 이용하면 실제 세계에서 작용하는 것과 같이 라이트 소스의 크기와 각도에 따라 오브젝트의 섀도가 접촉 표면 근처에서 더 날카로워지고, 멀어질수록 부드럽고 넓어지게 된다.

레이 트레이스드 섀도는 뎁스 맵에서 구현된 모습보다 물리적으로 더 정확한 것은 물론, 스위치로 켜고 끌 수 있는 간단한 방식이기 때문에 훨씬 쉽게 사용할 수 있다. 레이 트레이싱을 사용하지 않을 경우, 뎁스 맵의 섀도 설정을 일일이 오브젝트와 카메라 거리에 따라 최적화해야 하며, 퀄리티와 퍼포먼스의 균형을 맞추기 위해 여러 번 조정해야 한다.

리플렉션

레이 트레이스드 리플렉션은 다중 반사를 통해 더욱 정확한 리플렉션을 시뮬레이션하며, 반사 표면에 대한 상호 반사를 생성한다. 폴리싱한 콘크리트 바닥이나 금속과 유리로 만들어진 벽을 표현해야 하는 건축 프로젝트의 경우, 레이 트레이스드 리플렉션으로 기존 결과물 대비 훨씬 사실적인 경험을 표현할 수 있다.

섀도와 마찬가지로 레이 트레이스드 리플렉션은 별도의 셋업이 필요없다는 장점이 있다. 또한 하나의 특정 시점에서만 정확한 묘사를 제공하는, 지루하고 오류가 발생하기 쉬운 리플렉션 프로브나 플레인 배치 작업이 필요 없을뿐 아니라, 스크린 스페이스 리플렉션과 달리 레이 트레이스드 리플렉션은 시야 밖에 있는 요소들까지도 반사한다.

스카이 라이트

건물 외부 렌더링이나 큰 창문이 있는 내부는 스카이 라이트를 정확하게 구현하는 것이 사실감 있는 신을 구현하기 위한 핵심이다. 스카이 라이트를 레이 트레이스하는 기능으로 하이 다이내믹 레인지(High dynamic range, HDR) 이미지를 활용해 신에 빛을 비추면, 실제 세계를 효과적으로 모방하는 미묘하고 부드러운 효과를 구현할 수 있다.

마무리하며

에픽게임즈는 언리얼 엔진에 지속해서 리얼타임 레이 트레이싱과 관련한 다양한 기능을 추가하고, 엔진 사용자가 더 효율적으로 활용할 수 있도록 기존 기능의 최적화와 안정성 향상을 위한 기술들을 지원하고 있다.

그동안 살펴본 것처럼 언리얼 엔진의 리얼타임 레이 트레이싱은 더욱 사실적인 결과물을 아주 짧은 시간에 만들 수 있도록 도우며, 그렇게 절약된 개발 시간을 우리가 더 효율적으로 이용할 수 있도록 한다.

이는 결과적으로 제작 비용을 낮추고, 더 많은 고퀄리티 인터랙티브 콘텐츠 제작을 가능하게 한다. 이 때문에 게임, 설계, 영상제작, 건축 시각화 분야 등 다양한 산업에서 많은 관심을 받고 있으며, 실제 전 세계 각 분야 유수의 기업들이 자체 콘텐츠 제작에 언리얼 엔진을 도입하고 있다는 사실만으로도 언리얼 엔진이 더 이상 게임 제작만을 위한 전용 엔진이 아니라는 사실을 잘 설명해주고 있다.

테크월드 - 월간<EMBEDDED> 6월호 中