광선 추적(Ray tracing) 은 실제 생활에서 빛이 작동하는 방식을 시뮬레이션하는 고급 컴퓨터 그래픽 형태입니다. 정말 사실적으로 보이는 컴퓨터 그래픽을 만들 수 있습니다.
과거에는 레이 트레이싱 이 (ray tracing)할리우드 CG(Hollywood CG) 영화 와 같은 대규모 컴퓨터 그래픽 프로젝트로 제한되었습니다 . 이제 PC 게임(PC gaming) 과 곧 차세대 게임 콘솔에서 찾아볼 수 있습니다.
이것이 많은 사람들을 흥분시키는 이유를 이해하려면 광선 추적형 그래픽을 지금까지 사용된 주류 그래픽 렌더링 방법인 래스터화와 비교해야 합니다.
래스터화와 레이 트레이싱(Rasterization vs Ray Tracing)
현대의 실시간 컴퓨터 그래픽은 놀랍습니다! 20~30년 전의 기본 3D 그래픽과 관련이 있다는 것은 상상하기 어렵습니다. 진실은 Playstation 1 과 현재 Playstation 4 와 같은 콘솔이 3D 그래픽을 렌더링한 다음 2D 화면에 표시하는 동일한 기본 방법을 사용한다는 것입니다.
이것을 래스터화(rasterization) 라고 합니다. "래스터"는 픽셀 격자로 표시되는 이미지로, 화면에 정확히 표시됩니다. 래스터화(Rasterization) 는 3D 장면을 화면의 2D 이미지로 변환하는 프로세스입니다.
3D 장면이 3D이기 때문에 이 작업을 수행해야 합니다. 깊이가 있어 가상 물체가 서로 지나쳐 어떤 시점에서든 볼 수 있습니다. 래스터화 과정에서 컴퓨터는 화면이 기본적으로 3D 세계로 통하는 창인 경우 해당 장면이 어떻게 보일지 파악해야 합니다.
실생활에서 장면에는 질감과 조명(texture and lighting) , 모양, 깊이 및 크기가(depth and size) 있습니다. 조명 시뮬레이션은 전통적으로 가정용 컴퓨터(home computer) 가 할 수 있는 것보다 더 많은 컴퓨터 성능(computer power) 을 필요로 하기 때문에 프로그래머는 이 래스터화 프로세스를 사용하여 실제 조명, 색상 및 질감(color and texture) 에 가깝게 보이는 것을 만드는 트릭과 지름길을 만들었습니다 .
레이 트레이싱(Ray tracing) 은 어떤 면에서 훨씬 간단합니다. 실제 빛의 환상을 만들기 위해 긴 트릭 목록을 사용하는 대신 실제 빛을 시뮬레이션합니다. 이제 컴퓨터가 화면의 "창"을 통해 본 장면이 어떤 모습일지 파악해야 할 때 레이 트레이싱 시뮬레이션을 실행하기만 하면 모든 것이 해결됩니다.
현실 세계에서 눈으로 들어오는 빛의 광선은 망막에 도달하기 전에 보고 있는 다른 모든 것을 반사합니다. 레이(Ray) 트레이싱은 동일한 결과를 보다 효율적인 방식으로 달성합니다. "카메라"에서 시뮬레이션된 빛의 "광선"을 촬영하고 가상 장면 주위에 반사되도록 하여 도중에 색상 및 밝기 정보(color and brightness information) 를 선택하여 이를 수행합니다. 화면이 가상의 눈을 나타내므로 실제와 같은 가상 세계를 볼 수 있습니다.
광선 추적(ray tracing) 을 사용하여 단일 기술로 물체, 반사, 그림자 및 실제처럼 보이는 장면의 기타 요소를 만듭니다. 그 사실성은 시뮬레이션의 결과로 자연스럽게 발생하며 트릭이나 지름길은 필요하지 않습니다!
레이 트레이싱을 경험할 수 있는 곳(Where To Experience Ray Tracing)
레이 트레이싱이 작동하는 것을 보고 싶다면 컴퓨터 생성 그래픽을 사용하는 현대 영화를 보기만 하면 됩니다. 토이 스토리 4(Toy Story 4) 와 같은 CG 영화(CG film) 를 보면 보이는 모든 것이 레이 트레이싱(ray tracing) 의 산물입니다 .
대화형 레이 트레이싱된 세계를 탐험하고 싶다면 현재 이 도시에 단 하나의 게임만 있습니다. 이 기술을 지원하는 비디오 게임 및 앱과 함께 Nvidia GPU의 RTX 시리즈(RTX series of Nvidia GPUs) . 비 RTX 하드웨어(RTX hardware) 로 일부 광선 추적 응용 프로그램을 실행할 수 있지만 좋은 성능을 얻지는 못합니다. RTX 하드웨어(RTX hardware) 를 자랑하는 최고의 게임에 대한 기사를 확인하십시오 .
문제는 RTX 하드웨어(RTX hardware) 가 여전히 상당히 비싸다는 것입니다. 그러나 차세대 비디오 게임 콘솔에는 일종의 광선 추적 지원이 있습니다. 이는 주류 게임 세계가 레이 트레이싱을 차세대 게임 기술로 전환하는 데 도움이 될 수 있음을 의미합니다. 그래도 레이 트레이싱을 실시간으로 수행하기가 그렇게 어려운 경우 이 새로운 GPU(GPUs manage) 는 이를 어떻게 관리할까요?
실시간 레이 트레이싱은 어떻게 달성됩니까?(How Is Real Time Ray Tracing Achieved?)
모든 컴퓨터는 레이 트레이싱을 사용하여 3D 장면을 렌더링할 수 있습니다. 3D 렌더링 패키지로 작업하는 사람들은 수년 동안 이를 수행해 왔습니다. 모든 최신 CPU 는 장면 주변의 빛의 경로를 추적하는 데 필요한 실제 계산을 수행할 수 있습니다.
그러나 최신 CPU 및 GPU(CPUs and GPUs) 는 실시간으로 이미지를 생성할 만큼 충분히 빠르게 이러한 숫자를 처리할 수 없습니다. 예를 들어 Monsters Inc 또는 Toy Story(Inc or Toy Story) 와 같은 영화를 만드는 데 사용되는 대규모 컴퓨터 팜은 최종 제품의 단일 프레임을 렌더링하는 데 몇 시간이 걸립니다.
대조적으로, 현대 비디오 게임은 재생 가능한 것으로 간주되기 위해 매초 최소 30프레임의 이미지를 생성해야 하며 현재 초당 60프레임을 기준으로 설정되어 있습니다.
그렇다면 Nvidia RTX 시리즈(Nvidia RTX series) 와 같은 GPU 는 재생 가능한 프레임 속도로 어떻게 레이 트레이싱 방법을 사용할 수 있습니까? 대답은 모든 것에 광선(t use ray) 추적을 사용 하지 않는다는 것입니다. 적어도 현대 타이틀에서는 그렇지 않습니다.
비결은 기존 그래픽을 선택적 광선 추적과 결합하는 것입니다. RTX 카드 에는 보다 전통적인 GPU 와 함께 위치하는 전용 광선 추적 하드웨어가 있습니다 . 이러한 방식으로 광선 추적을 사용하여 기존 그래픽 하드웨어의 일부 단점을 보완할 수 있습니다.
완전히 광선 추적 되는 RTX 카드(RTX card) 로 재생할 수 있는 (are) 비디오 게임(video game) 이 있습니다. 가장 좋은 예는 Quake II RTX 입니다. 이것은 완전한 실시간 레이 트레이싱이 가능할 만큼 충분히 간단한 수십 년 된 비디오 게임 입니다. (video game)그러나 현재 비디오 게임(video game) 에 순수한 광선 추적을 적용 하는 경우 그러한 하드웨어가 주류가 되기까지는 여전히 몇 년이 걸릴 것입니다.
레이 트레이싱은 미래입니까?(Is Ray Tracing the Future?)
짧은 대답은 예 입니다. 레이 트레이싱(ray tracing) 은 미래입니다. 더 긴 대답은 실시간 레이 트레이싱을(ray tracing) 가능하게 하는 하드웨어가 저렴해짐에 따라 전통적인 렌더링을 조금씩 대체하게 될 것이라는 것입니다. 레이 트레이싱된 그래픽이 새로운 콘솔 세대의 일반적인 부분이 된다면, 되돌릴 수 없을 것입니다.
모든 인기 있는 플랫폼에서 지원하기 때문에 개발자는 타이틀에 광선 추적 기능을 안전하게 포함할 수 있습니다. 레이 트레이싱 그래픽이 우수하기 때문에 스타들은 저렴한 하드웨어에 레이 트레이싱이 도입되는 것에 대해 진정으로 맞춰가고 있습니다. 이는 진정한 포토리얼리즘이 마침내 여기에 올 수 있음을 의미합니다.
레이 트레이싱이 주류 렌더링 방법(rendering method) 이 될 것이라는 또 다른 주요 신호는 개발자가 비디오 게임 및 기타 3D 응용 프로그램을 만드는 데 사용하는 일반적인 도구에 레이 트레이싱이 포함되는 방식입니다. 즉, 개발자가 더 이상 자신의 광선 추적 솔루션을 발명할 필요가 없습니다.
Unreal Engine 4 또는 Frostbite 와 같은 인기 있는 그래픽 엔진 에는 이제 RTX 하드웨어 가속 광선 추적에 대한 지원이 포함됩니다 . 개발자가 타이틀에 대한 옵션으로 이를 포함할 가능성이 훨씬 높아집니다.
지금 Ray Tracing을 구매해야 합니까?(Should You Buy Into Ray Tracing Now?)
이 글을 쓰는 시점에서 우리는 여전히 1세대 광선 추적 하드웨어에 있습니다. 가격은 하락했지만 성능은 여전히 보통입니다. 하드코어하고 얼리 어답터라면 PC의 레이 트레이싱에 대해 좋아할 것이 많습니다.
얼리 어답터로 수백 또는 수천 달러를 지출할 의사가 없다면 이 기술을 제공할 것을 약속하는 차세대 주류 콘솔에 투자하거나 RTX 20 시리즈 카드의 후속 제품을 기다리는 것이 좋습니다.
OTT Explains: What Is Ray Tracing?
Ray tracing is an аdvanced form of computer graphics that simulates the way light works in real lіfe. It can create computer graphics that look truly photorealistic.
In the past, ray tracing was limited to massive computer graphics projects, such as Hollywood CG films. Now it’s found in PC gaming and soon, next generation gaming consoles.
To understand why this has so many people excited, we need to compare ray-traced graphics to the mainstream graphics rendering method that’s been used until now: rasterization.
Rasterization vs Ray Tracing
Modern real-time computer graphics look amazing! It’s hard to imagine that it has anything to do with the basic 3D graphics from twenty or thirty years ago. The truth is that a console like the Playstation 1 and the current Playstation 4 use the same basic method of rendering 3D graphics and then putting it on your 2D screen.
This is known as rasterization. A “raster” is an image shown as a grid of pixels, which is exactly what your screen displays. Rasterization is the process of converting a 3D scene into a 2D image on a screen.
This needs to be done, because the 3D scene is, well, 3D. It has depth, so the virtual objects can move past each other and be looked at from any point of view. In the process of rasterization, the computer has to figure out what that scene would look like if your screen was basically a window into that 3D world.
In real life, a scene has texture and lighting, as well as shape, depth and size. Since simulating light has traditionally taken more computer power than any home computer is capable of, programmers have created tricks and shortcuts to create something that looks close to real light, color and texture using this process of rasterization.
Ray tracing is, in one way, much simpler. Instead of trying to use a long list of tricks to create the illusion of real ight, it simulates real light instead. Now when the computer has to figure out what the scene would look like seen through the “window” of your screen, it just runs the ray tracing simulation and it all works out.
In the real world, the rays of light entering your eye have bounced off everything else you are looking at before reaching your retinas. Ray tracing achieves the same result in a more efficient way. It does this by shooting simulated “rays” of light from the “camera” and letting it bounce around the virtual scene, picking up color and brightness information on the way. Your screen represents the virtual eye, so you see a truly realistic virtual world.
By using ray tracing, a single technique creates objects, reflections, shadows and other elements of a scene that look real. That realism happens naturally as a result of the simulation, no tricks or shortcuts needed!
Where To Experience Ray Tracing
If you want to see ray tracing in action, all you have to do is watch any modern movie that uses computer-generated graphics. If you watch a CG film such as Toy Story 4, everything you’re seeing is a product of ray tracing.
If you want to explore an interactive ray-traced world, there’s currently only one game in town. The RTX series of Nvidia GPUs, along with video games and apps that support this technology. You can run some ray-tracing applications with non-RTX hardware, but you won’t get good performance. Be sure to check out our article on the best games that show off RTX hardware.
The problem is that RTX hardware is still quite expensive. However, the upcoming generation of video game consoles have a form of ray-tracing support. Which means that the mainstream gaming world may help turn ray-tracing into the next major gaming technology. Still, if ray-tracing is so difficult to do in real time, how do these new GPUs manage it?
How Is Real Time Ray Tracing Achieved?
Any computer can render a 3D scene using ray tracing. People who work with 3D rendering packages have been doing it for years. Any modern CPU can perform the actual calculations needed to trace the path of light around the scene.
However, modern CPUs and GPUs can’t crunch those numbers quickly enough to generate an image in real time. For example, the massive computer farms used to make films such as Monsters Inc or Toy Story take hours to render a single frame of the final product.
Modern video games, by contrast, need to generate at least thirty frames of images every second to be considered playable, with the gold standard currently set around the 60 frames per second mark.
So how can GPUs such as the Nvidia RTX series manage to use the ray-tracing method at playable frame rates? The answer is that they don’t use ray tracing for everything. At least not in modern titles.
The trick is to combine traditional graphics with selective ray-tracing. The RTX cards have dedicated ray-tracing hardware that sits along a more traditional GPU. In this way, ray-tracing can be used to compensate for some of the shortcomings of traditional graphics hardware.
There are video games you can play with an RTX card that are fully ray-traced. The best example is Quake II RTX. This is a decades-old video game that is simple enough that full real-time ray-tracing is possible. When it comes to applying pure ray-tracing to current video games however, it will still be years before such hardware becomes mainstream.
Is Ray Tracing the Future?
The short answer is yes, ray tracing is the future. The longer answer is that as hardware that makes real-time ray tracing possible becomes cheaper, we’ll probably see it replace traditional rendering bit by bit. If ray-traced graphics become a normal part of the new console generation, there will be no going back.
Developers can safely include ray-tracing features in their titles, because all popular platforms will support it. Since ray-traced graphics are superior, the stars really are aligning for the arrival of ray-tracing on affordable hardware. Which means that true photorealism may finally be here.
The other major sign that ray-tracing will become a mainstream rendering method is how it’s now being included in the common tools that developers use to make video games and other 3D applications. In other words, it’s no longer necessary for developers to invent their own ray-tracing solutions.
Popular graphics engines such as Unreal Engine 4 or Frostbite now include support for RTX hardware-accelerated ray-tracing. Making it much more likely that developers will include it as an option for their titles.
Should You Buy Into Ray Tracing Now?
At the time of writing, we are still at the first-generation of ray-tracing hardware. While prices have come down, performance is still pretty mediocre. If you’re a hardcore, early adopter then there’s plenty to like about ray-tracing on PC.
If you aren’t willing to spend hundreds or thousands of dollars as an early adopter, it’s better to invest in the next generation of mainstream consoles which promise to feature the technology, or wait for the successor to the RTX 20-series cards.
