Battlefield V에 사용된 실시간 레이트레이싱 기법

DICE는 현실주의를 기반으로 한 특별한 게임을 제작하는 것으로 유명합니다. 이번에는 최초로 Battlefield 타이틀에 실시간 레이 트레이싱 기술이 적용되었습니다. DICE 기술 디렉터 Christian Holmquist가 이 기술에 대한 설명과 전 세계 발매되는 Battlefield™ V (PC)의 현실적이고 역동적인 반사 효과를 어떻게 강화하는지 알려드립니다.

빛, 그림자, 반사 효과는 모든 비디오 게임 디자인 과정에서 매우 중요한 그래픽 효과입니다. 플레이어가 몰입할 수 있도록 환경의 분위기를 향상시키고 3D 물체의 모양과 질감에 중요한 시각적 신호를 주기 위해 이를 사용합니다.

지난 Battlefield 시리즈 동안 이러한 요소들를 요현하기 위해서 저희는 추가 레이어를 덧입히는 방법을 사용해 왔습니다. 이러한 요소들이 황폐한 풍경과 무너진 폐허인 Passchendaele 전장이 있는 Battlefield 1에 어떤 극적인 효과를 주었는지 한번 생각해보세요.

Battlefield 의 그래픽은 언제나 놀라웠지만, DICE는 전통적인 래스터화 기술을 넘어 경계를 부수고 싶어 했습니다.

"래스터화는 어떤 물체의 3D 모델을 나타내는 그물망의 삼각형이 화면의 픽셀로 변환되는 것입니다."라고 DICE 기술 디렉터 Christian Holmquist가 설명했습니다.

이 삼각형들에는 꼭짓점이라는 모서리가 있어 그 그물망의 다른 꼭짓점과 상호작용합니다. 래스터화는 현재 시야에서 각 삼각형이 겹치는 픽셀을 의미하며, 화면에 그려진 각 픽셀의 색상을 측정합니다.

하지만 Christian은 다음과 같이 지적했습니다. "래스터화는 각 삼각형이 올바르게 구현되려면 한 장면을 완전히 알아야 하기 때문에 물체가 상호작용하는 것이 정말 어렵습니다."

하지만, 실시간 레이 트레이싱을 통해 현실적인 그래픽을 만들 수 있는 새로운 접근법이 개발되었습니다. CG 영화가 연상되는 이 기술을 통해 플레이어는 이전에 보지 못한 그래픽 기술의 중요성을 게임플레이로 실감하게 될 것입니다.

Christian는 이것을 격하게 다음과 같이 기술했습니다. "이게 바로 저희가 오랫동안 갈망했던 것이죠."라고 말했습니다. "현재로서는 물체를 별개로 그려 거의 완벽해 보인 것 같았지만, 물체간 상호작용의 반사, 그림자 효과 및 전역 조명은 레이 트레이싱으로만 구현할 수 있는 것입니다."

또한, 레이 트레이싱에는 어떻게 빛이 지표각에 따라 다른 채도를 반사하는지를 보여주는 반사 효과, 간접 조명, 앰비언트 어클루젼, 프레넬의 영역을 확대할 잠재력이 있습니다.

“처음 실시간 레이 트레이싱을 북극 피요르드와 로테르담 전장에 이식했을 때는 정말 놀라웠습니다!” Christian이 회상했습니다.

본래 한 알고리즘은 다양한 관점에서 빛의 경로를 따라가 화면에서 3D 물체와 상호작용하는 방식을 구현합니다. 광선은 화면을 이동하는 동안 마주치는 모든 물체의 색상과 빛의 정보를 축적합니다. 그 후, 이러한 상호작용이 합쳐져 화면에 표시될 픽셀의 최종 색상을 생산하는 것입니다.

창문, 차, 전차, 가로등, 타일, 물웅덩이, 무기와 같은 평활 표면에서 트레이싱하는 것은 그 주변의 환경 요소들을 정확히 반사합니다.

미세 구조, 하부 구조, 거친 표면을 가지고 있고 오목하거나 투명한 3D 물체에서도 그것에 해당하는 반사를 볼 수 있습니다. 현실에서도 그런 것처럼, "반사는 플레이어가 움직이는 것과 관련이 없이 존재합니다", Christian이 덧붙였습니다. "배경이나 표면이 얼마나 복잡한지와 상관없이 레이 트레이싱만 있다면 언제나 옳은 결과를 얻을 수 있습니다."

"반사 효과는 언제나 정확하지는 않습니다. 예를 들어 플레이어가 뒤에서 폭발이 일어날 것을 눈치채 탑승장비 표면에 반사된 폭발 파편을 보게 될 수도 있습니다."라고 그가 말했습니다.

래스터화를 사용해 효과적으로 화면 밖의 물체를 반사하는 것이 불가능한 것은 아니지만, 이는 표준 화면  공간 반사 효과 (SSR) 기술이 가진 한계이기도 합니다. 이는 반사를 계산하는 데 화면 공간의 픽셀 데이터를 재사용하는 방법으로 일반적으로 젖은 바닥이나 물웅덩이 같은 미묘한 반사 효과를 만드는 데 사용됩니다. Battlefield™ 3의 Going Hunting에서 Lt. Jennifer Hawkins가 F18에 탑승할 때 젖어있던 비행갑판을 떠올려보세요.

하지만 다른 빛을 받는 물체나 빛을 발하는 물체들과 완벽히 어울리게 하기 위해 게임 내 반사 효과를 실시간으로 렌더링하면 훨씬 더 현실적이고 진짜처럼 보이는 게임플레이를 만들 수 있습니다. Christian은 말한 것처럼, "Battlefield V 세계는 실시간으로 현실적으로 느껴져야 합니다."

Christian 설명한 것처럼 도전해야 할 일도 따라옵니다. “투명도와 반투명도는 언제나 렌더링하기 복잡하며 레이 트레이싱을 사용하니 더 복잡하게 되었습니다. 마찬가지로 올바른 그래픽 결과를 얻기 위해 함께 추가해야 했던 많은 양의 파편 때문에 폭발 효과도 까다롭습니다." 그 효과가 준비되면, 광선이 올바른 색상 계산으로 돌려놓을 수 있습니다. DICE의 렌더링 팀이 이 기술에 큰 노력을 쏟아부었죠.

많은 작업 이후 Christian은 이러한 실시간 레이 트레이싱의 진보를 다음에 비유했습니다. "1990년에 하드웨어 가속 3D 그래픽의 도입으로 우리가 본 세대 간의 도약과 같이 10년에 한 번씩 일어나는 일입니다."

레이 트레이싱의 미래에 관한 그의 생각을 물었을 때, Christian은 "상호작용이라는 것과 관련하여 플레이어는 훨씬 더 나은 품질을 경험할 것"이라고 느낀다고 말합니다. 더 나은 반사 효과를 가진 역동적인 배경, 개선된 디테일 수준, 그리고 레이 트레이싱이 그림자, 앰비언트 어클루젼, 산란 전역 조명에 어떻게 사용될지 처럼요.

DICE의 렌더링 팀의 헌신과 결부된 최신식 레이 트레이싱 아키텍처는 PC용 Battlefield V를 지금까지 중 가장 혁신적인 Battlefield 타이틀로 만들어줍니다. Christian은 다음과 같이 덧붙였습니다. “실시간 레이 트레이싱은 가장 물리적이고, 몰입도 높고, 놀라운 그래픽 경험을 만들어줄 것이며 저희는 Battlefield V가 이 기술을 최초로 사용하는 게임이 되어 기쁘게 생각합니다. 저희는 팬 여러분에게 레이 트레이싱을 제공하기 위해 NVIDIA와 손을 잡고 일해왔으며, 지속적으로 DXR을 개선하고 최적화하는 데 전념할 것입니다.”

플레이어는 Battlefield V가 전 세계 발매되고 나면 NVIDIA의 GeForce RTX 20시리즈 그래픽 카드로 실시간 레이 트레이싱을 직접 경험할 수 있을 겁니다.

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