세계 유수의 게임 프랜차이즈, 최고의 인기를 누리고 있는 게임 엔진, 여러 업계에서 사용되는 크리에이티브 애플리케이션 등이 모두 실시간 레이 트레이싱을 적극 도입하고 있습니다.
유명 스튜디오와 디자인 회사, 업계의 권위자들이 실시간 레이 트레이싱으로 창작 콘텐츠의 품질을 높이는 한편 그래픽의 새로운 미래를 견인하고 있는데요. 예를 들면 TV의 버추얼 프로덕션, 인터랙티브 VR, 실사에 가까운 디지털 휴먼과 애니메이션과 같은 콘텐츠입니다.
더 퓨처 그룹(The Future Group)과 라이엇 게임즈(Riot Games)는 엔비디아 RTX를 사용해 세계 최초로 레이 트레이싱을 적용한 방송을 진행한 바 있습니다. 최근 디즈니가 리메이크해 내놓은 <라이온 킹>의 시각 효과를 총괄한 로버트 르가토(Robert Legato)는 실시간 GPU 렌더링이 곧 ‘미래의 창의력’이라고 말하기도 했죠. 개발자들은 실시간 레이 트레이싱 기법을 시네마틱 비디오 게임 그래픽에 도입했습니다. 대표적으로 <배틀필드5>의 레이 트레이싱 반사 효과, <셰도우 오브 더 툼 레이더의 레이 트레이싱된 그림자, <마인크래프트>의 패스 트레이싱 빛 효과 등을 들 수 있죠.
이 뿐이 아닙니다.
2018년 초 ILMxLAB(ILM 익스피리언스 랩)과 에픽 게임즈가 엔비디아와 손잡고 개발한 <스타워즈: 리플렉션>이 공개됐는데요. 이 데모는 레이 트레이싱 반사 효과, 에리어 라이트 섀도(area light shadows), 앰비언트 오클루전(ambient occlusion)의 실시간 렌더링을 구현했습니다. 이 모든 걸 엔비디아 볼타(Volta) GPU 4개가 탑재된 70,000달러의 엔비디아 DGX 워크스테이션 하나로 해냈죠. 이 엄청난 성취에 세계의 이목이 집중되었습니다. 당시 이 정도의 충실도를 가진 실시간 레이 트레이싱은 대형 서버 팜에서 오프라인으로만 작업이 가능했죠.
그럼 이제 2018년 8월로 넘어가 볼까요? 이때 개최된 게임스컴(Gamescom)에 엔비디아가 지포스 RTX 2080 Ti GPU를 들고나왔습니다. 그리고 이 1,200달러의 지포스 RTX GPU 하나로 <스타워즈: 리플렉션>을 구동하는 기술을 시연했죠. 튜링(Turing) 아키텍처로 구동되는 RTX GPU는 전용 RT 코어를 제공해 실시간 레이 트레이싱을 가속화합니다.
현재 선두 상용 렌더러 20여 개를 포함한 50개 이상의 콘텐츠 창작 및 디자인 애플리케이션이 엔비디아 RTX를 지원하고 있는데요. 실시간 레이 트레이싱의 활용폭도 넓어졌습니다. 덕분에 전문가들은 반복작업과 빛, 음영, 반사, 반투명(translucence), 스캐터링(scattering), 앰비언트 오클루전 등을 보다 정확하게 구현하는데 더 많은 시간을 투자할 수 있게 됐습니다.
RTX 레이 트레이싱이 가져온 놀라운 혁신
실시간 레이 트레이싱은 제품과 설계에서부터 시각효과와 애니메이션에 이르기까지 콘텐츠 창작에 비약적인 변화를 가져왔습니다. RTX가 창의적인 결정들이 보다 신속히 이루어지게 도와주고 있어 디자이너들이 렌더링이 완료될때까지 장시간 기다릴 필요도 없어졌죠.
2년 전 까지만 해도 불가능한 것으로 생각되던 일이 이제 RTX GPU만 있으면 누구나 실현할 수 있는 현실이 되었습니다. 엔비디아 튜링 아키텍처가 제공하는 새로운 가능성 덕분에 실시간 레이 트레이싱도 달성 가능한 목표가 됐습니다. RTX의 RT 코어는 가장 집약적인 연산 작업인 BVH(bounding volume hierarchy traversal)와 레이 트라이앵글 인터섹션 테스팅(ray-triangle intersection testing)의 가속화를 지원합니다. 연산을 수행하는 스트리밍 멀티프로세서(SM)가 각각의 광선에 수천 개의 명령 슬롯을 할애하는 대신 프로그램에 따른 음영 조절이 가능하도록 하는 방식이죠.
튜링 아키텍처의 텐서 코어는 AI 디노이징기능을 강화해 선명한 이미지를 신속히 생성하게 도와줍니다. 이 모든 새로운 기능들이 결합해 실시간 레이 트레이싱을 가능하게 만드는 것이죠. 크리에이티브 팀은 이미지를 보다 신속히 렌더링하고 더 많은 반복처리를 진행해 시네마틱, 포토리얼리스틱 그래픽으로 프로젝트를 마무리하게 됩니다.
존 페디 리서치(Jon Peddie Research)의 존 페디 대표는 “레이 트레이싱, 그 중에서도 특히 실시간 레이 트레이싱은 이미지에 대한 실측 정보(ground truth)를 제공해 뷰어가 정보를 보고 즉각적이고 때로는 무의식적인 판단을 할 수 있게 해줍니다. 엔터테인먼트 용도일 경우 실제성이 떨어지거나 인위적으로 느껴지는 문제 때문에 뷰어의 몰입감과 스토리에 대한 집중도가 저해되는 상황을 피할 수 있습니다. 엔지니어링 분야에서라면 사용자가 결과의 정확성을 확신할 수 있어 보다 가깝고 신속하게 솔루션에 다가갈 수 있죠”라고 말합니다.
단일 GPU를 활용한 실시간 레이 트레이싱으로 고품질 이미지를 창조할 수 있게 된 아티스트들은 다양한 방식을 동원해 RTX 파워를 제어합니다. 유니티(Unity)와 언리얼 엔진등의 유명 게임 엔진들은 RTX를 그대로 이용합니다. 브이레이(V-Ray), 레드시프트(Redshift), 옥테인(Octane)과 같은 GPU 렌더러들은 옵틱스(OptiX)를 도입해 RTX를 가속화합니다. 박스(BOXX), 델, 휴렛팩커드(HP), 레노버(Lenovo), 슈퍼마이크로(Supermicro) 등의 워크스테이션 벤더들은 사용자가 유연한 단일 데스크탑 또는 모바일 워크스테이션에서 RTX의 힘을 제어할 수 있으면서 실시간 레이 트레이싱이 가능한 시스템을 내놓고 있죠.
RTX GPU는 방대한 데이터세트를 다루는 데 필요한 메모리도 제공합니다. 이때 복잡한 지오메트리나 방대한 양의 고해상도 텍스처는 문제가 되지 않습니다. 엔비디아 쿼드로 RTX 800 GPU는 프레임 버퍼 48GB를 제공합니다. 이를 다시 두 배로 늘려주는 NVLink 고속 인터커넥트 테크놀로지에 힘입어 사용자는 데이터세트의 데시메이션(decimation) 또는 최적화에 시간을 들이지 않고도 방대하고 복잡한 장면들을 쉽게 조종할 수 있습니다.
DNEG의 테크놀로지 부문 감독 스티븐 윌리(Stephen Willey)는 “우리 회사 버추얼 프로덕션 부서의 업무는 날로 증가하고 있습니다. 실제 촬영을 진행하기 어려워진 최근 몇 달 사이에 부쩍 심해지기도 했는데요. 에픽의 언리얼 엔진과 결합한 엔비디아 RTX와 쿼드로 싱크 솔루션(Quadro Sync solution) 덕분에 실시간 장면과 에셋을 훨씬 사실적이고 대규모로 그려낼 수 있습니다. 우리 클라이언트들에게 흥미진진하고 새로운 가능성들을 제시할 수 있게 된 것이죠”라고 설명합니다.
최근 엔비디아는 레이 트레이싱과 렌더링을 더욱 개선할 수 있는 기법들을 소개했습니다. 딥 러닝 슈퍼 샘플링(Deep Learning Super Sampling) 기술을 통해 사용자는 AI 기반 실시간 렌더링을 초고해상도로 진행할 수 있습니다. 또한 렌더링하는 픽셀 수를 줄이는 한편 AI를 활용해 보다 선명하고 해상도가 높은 이미지를 만들 수 있습니다.
이번 달 시그라프(SIGGRAPH)에서 발표되는 엔비디아의 논문은 수백만 개의 에리어 라이트에서 직사광과 음영을 역동적으로 렌더링하는 방식을 탐구합니다. 논문에서는 ReSTIR(reservoir-based spatiotemporal importance resampling)로 불리는 새로운 기법을 활용했다고 하네요.
잠재된 가능성을 일깨우는 실시간 레이 트레이싱
오늘날 RTX 레이 트레이싱은 업계 전반의 디자인을 바꾸고 있습니다.
게임 업계에서 RTX 레이 트레이싱은 플레이어가 반사면을 전략적으로 활용하게 유도하는 등 새로운 게임플레이의 역학과 환경을 창조하고 있습니다. VR 분야에서는 헬스케어, AEC(건축, 엔지니어링, 건설 분야), 자동차 설계 전문가들이 새로운 수준의 리얼리즘과 몰입을 경험할 수 있게 합니다. 애니메이션에서 레이 트레이싱은 파이프라인을 완전히 바꿔 아티스트들이 빛의 지오메트리를 실시간으로 손쉽게 관리∙조종할 수 있게 해줍니다.
실시간 레이 트레이싱은 또한 영화와 TV의 버추얼 프로덕션, 실제 같은 디지털 휴먼의 창조, VR과 AR의 몰입도 강화로 가는 길을 열어줍니다.
GPU의 개수에 구애받지 않는 최초의 실시간 레이 트레이싱 플랫폼인 엔비디아 옴니버스(NVIDIA Omniverse)를 사용하면 스튜디오의 협업 워크플로를 단순화할 수 있습니다. 엔비디아 옴니버스는 언리얼 엔진, 오토데스크 마야(Autodesk Maya)와 3ds 맥스(3ds Max), 어도비(Adobe)의 섭스턴스 페인터(Substance Painter), 유니티, 사이드FX 후디니(SideFX Houdini) 등의 애플리케이션을 지원하도록 설계되었습니다. 엔비디아 옴니버스는 레이 트레이싱 기술을 발전시켜 시각 효과, 건축물의 시각화, 제품 설계가 역동적인 빛과 실제에 기반한 소재로 구현될 수 있게 도와줍니다.
최신 레이 트레이싱과 그래픽 기술 쇼케이스
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