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뉴스/이벤트
 

NVIDIA GeForce GPU 성능이 궁금하다면 


레이 트레이싱 세계로 들어오라

실시간 레이 트레이싱은 최근 몇 년에 걸쳐 일어난 컴퓨터 그래픽 분야의 가장 큰 도약으로, 게임에 사실적인 조명과 그림자, 효과를 제공하며, 이미지 품질과 게임 플레이, 몰입감을 향상시킵니다.

올해 게임 개발자 컨퍼런스에서는 레이 트레이싱을 어디서나 만나볼 수 있었습니다. 언리얼 앤 유니티(Unreal and Unity) 엔진 통합이 발표됐으며, 개발자들이 레이 트레이싱 패널 그룹으로 등장했습니다. 게임 개발사는 최신 레이 트레이싱 게임 빌드를 시연하며 레이 트레이싱으로 게임 개발을 지원하는 방법에 대한 인사이트를 공유했답니다.

이 모든 경험과 게임을 실현하는 것이 바로 GeForce RTX GPU입니다. GeForce RTX GPU는 고해상도에서 고충실도 실시간 레이 트레이싱된 경험을 구현하는데 필요한 성능을 제공하도록 설계된 전용 하드웨어인 RT Cores가 포함돼 있습니다.

GeForce RTX GPU를 출시한 후 NVIDIA는 레이 트레이싱을 지속적으로 최적화하고 향상시켜 왔으며, 개발자들이 자체 게임에서 레이 트레이싱 성능을 더욱 향상시킬 수 있도록 지원해 왔습니다.

이 모든 노력이 합쳐져 GeForce RTX 를 이용하는 모든 게이머를 위한 레이 트레이싱 성능 가속화가 이뤄졌을 뿐만 아니라, 이제 게이머들은 새로운 Game Ready Driver를 통해 기본 DirectX Raytracing(DXR)을 테스트 할 수 있는 GeForce GTX 1060 6GB와 그 이상의 GPU를 사용할 수 있게 됐습니다.

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사양에 맞는 파스칼과 튜링 GPU를 갖춘 노트북에서도 DXR을 구현할 수 있습니다 

DXR 지원 내용이 포함된 주요 업데이트를 처음 발표했을 때, 커뮤니티에서 DXR 기술과 성능에 대해 정말 많은 문의가 들어왔었는데요,. 아래 내용을 통해 주요 질문들에 대한 답을 제공하고자 하며, 추가 질문이 있는 경우 여기로 문의하면 됩니다.

GeForce RTXGTX 성능 

최근에 GeForce GTX GPU DXR 출시를 발표했을 때, 많은 분들이 레이 트레이싱을 실행할 경우 GPU 성능이 어떠할지에 대해 문의했는데요. 간단히 말해 게임의 일반적 성능 수준과 렌더링 해상도, 게임 설정, 게임이 사용하는 레이 트레이싱 유형, 선택한 레이 트레이싱 품질 수준에 따라 현저히 달라집니다.

어떤 일이 일어나는지, 성능에 어떤 영향을 미치는지 알아보려면 레이 트레이싱에서 빠른 충돌 코스가 필요합니다.



레이 트레이싱된 효과를 렌더링하려면 GPU에서 몇 가지 새로운 워크로드가 수행돼야 합니다. 첫 번째는 BVH(Bounding Volume Hierarchy)라고 불리는 계산 집약적인 기법을 사용해 게임 장면에서 광선이 교차할 삼각구도를 결정하는 것입니다. 광선 계산이 완료되면 노이즈 제거 알고리즘을 적용해 결과물 이미지의 시각적 품질을 향상시켜 사용되는 총 광선 수를 줄여 플레이 가능한 프레임 속도에서 프로세스가 실시간으로 실행되게끔 합니다

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GeForce RTX GPU RT CoresBVH 및 광선/삼각구도 교차점 계산을 가속화하는 전용 하드웨어를 제공해 레이 트레이싱을 놀라운 수준으로 가속화합니다. GeForce GTX GPU에서는 이러한 계산이 다른 여러 GPU 그래픽 기능과 공유되는 리소스인 쉐이더 코어에서 수행됩니다.

실제로 이것이 무엇을 의미하는지 파악하기 위해 레이 트레이싱된 전역 조명이 특징인 메트로 엑소더스(Metro Exodus) 게임 플레이의 한 프레임을 살펴볼까요?

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이 그래프는 Pascal, RT Cores를 장착한 Turing(특수 소프트웨어 설정으로), RT Cores DLSS 활성화된 Turing에서의 GPU 활용도를 보여줍니다.

Pascal 아키텍처 GPU에서는 레이 트레이싱과 다른 모든 그래픽 렌더링 작업이 FP32 Pascal 쉐이더 코어로 처리됩니다. 이는 수행 시간이 오래 걸려 게이머가 경험하는 프레임 속도가 낮아지는 것을 의미하죠. Turing 아키텍처는 FP32 Cores와 동시에 작동하는 INT32 Cores를 도입해 프레임 시간을 줄였습니다. RT Cores Tensor Cores를 사용하면 실행 시간이 크게 줄어들며, 이는 게임 내 성능이 2-3배 향상되는 결과로 이어집니다.  

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RT Cores Tensor Cores를 사용하는 GeForce RTX GPU에서 실행되는 메트로 엑소더스 프레임 클로즈업


반사부터 그림자, 조명(전역 조명), AO(ambient occlusion), 커스틱스(caustics), 심지어 전체 장면 경로 추적에 이르기까지 게임 속에서 레이 트레이싱을 구현하는 방법은 매우 많으며, 유형마다 성능 요구사항도 천차만별이죠

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레이 트레이싱 반사

실시간 비디오게임 레이 트레이싱이 도입되기 전에 사용할 수 있었던 최고의 반사 기술은 SSR (Screen Space Reflections)이었습니다. 개발자는 큐브 맵과 다른 기술에 SSR을 통합해 한층 설득력 있는 반사 시스템을 구축할 수 있었습니다. 그러나 어떤 조합으로도 CCR이 가진 주요 문제점을 극복하기란 역부족이었는데요, 바로 오프-스크린 디테일과 낮은 앵글에서 본 디테일을 반사하는 능력과 가려진 온-스크린 디테일을 반사하는 능력이었죠.

레이 트레이싱 반사는 이 모든 문제를 해결하며, 플레이어나 카메라 상, , , 후에 있는 모든 디테일, 그리고 기존 기술로는 볼 수 없었던 디테일을 반사하는 고해상도 풀 스크린 실시간 반사를 생성합니다




배틀필드-V(Battlefield-V)는 레이 트레이싱된 반사 기능을 탑재해 출시된 최초의 게임이며, DICE 구현에서는 반사가 물과 유리 등과 같은 반사 표면에 선택적으로 적용됩니다.

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광선은 전체 장면을 가로지르는 플레이어 카메라가 아닌, 플레이어의 카메라에서 볼 수 있는 반사면을 비춥니다. 이는 비춰야 하는 광선 수를 크게 줄여 성능을 향상시키죠.  

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고급 레이 트레이싱 반사

한 차원 높은 수준의 레이 트레이싱 반사를 경험하고 싶은 개발자라면 복잡도가 한층 높은 장면에서 추가 반사를 추적하고 곡면이나 불완전한 표면의 반사를 렌더링 해볼 수 있습니다. 이렇게 하면 광선이 여러 차례 산란되며 다양한 방향으로 퍼지기 때문에 광선 수가 재빨리 늘어나 복잡성과 음영의 까다로움도 추적할 수 있죠.

고급 반사를 보여주는 고전적 예시로 무한 반사가 일어나는 거울 상자 효과가 있습니다. 기존의 스크린 공간 반사 기술로는 할 수 없는 기술이죠



러한 효과를 사용해 장면을 구성하려면 고급 레이 트레이싱 반사가 필요한데요, 각 교차점에서 추가로 산란되는 빛을 사용해 레이 트레이싱 워크로드를 크게 증가시킵니다.

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아래는 아토믹 하트 리플렉션의 RTX 테크 데모, 그리고 3D마크 포트 로얄 테스트 결과인데요, 레이 트레이싱 반사가 특징인 이들은 매끄러운 프레임 속도를 달성하는데 있어 전용 RT 코어가 하는 활약을 강조해서 보여주죠.4 chart sample.JPG2 chart sample.JPG

Ray-Traced Shadows 레이 트레이싱 그림자


비디오 게임 그림자는 최근 몇 년 동안 비약적 발전을 이뤄 왔으며, 실제 그림자 모양에 한층 가까워질 수 있는 많은 기능을 추가했습니다. 실시간 레이 트레이싱이 등장하기 전에는 엔비디아의 고유한 Hybrid Frustrum Traced Shadows(HFTS) 기술이 가장 근접한 성능을 보여줬지만, 이 기술과 그 외 래스터화 기술은 그림자가 생긴 모습을 모방하도록 영리하게 프로그래밍된 속임수에 불과했죠. 

개발자들은 섀도우 앨리어싱(shadow aliasing), 잘못된 셀프-섀도잉을 뜻하는 섀도우 아크네(shadow acne), 섀도우 분리(섀도우 캐스터 베이스와 이를 완전히 연결하지 못하는 경우) 등을 피하면서 정확성, 세부 묘사, 뷰 디스턴스(view distances)를 최대화 할 수 있도록 기존 섀도우 맵 속성의 균형을 신중하게 맞춰야 했습니다.

몰입도를 줄이는 시각적 문제나 그 외 다른 문제들은 늘 있어 왔습니다. 그러나 레이 트레이싱을 사용하면 이러한 문제들은 더 이상 고민이 되지 않죠. 장면을 가로지르는 광선을 사용해 빛을 차단하는 캐릭터와 물체, 나뭇잎 등을 현실감 있게 표현해 생생한 그림자를 만들어 낸답니다. 그리고 정확한 그림자를 만들어 낸 것 외에도 이전에 가능했던 수준을 훨씬 뛰어넘는 세부적 수준에서의 복잡한 대규모 인터랙션과 실시간 반투명 섀도잉을 최초로 가능하도록 합니다



3D마크 포트 로얄, 아토믹 하트  RTX Tech Demo컨트롤, 저스티스 RTX Tech Demo섀도우 오브 레이더, 리플렉션 RTX Tech demo 모두에서 레이 트레이싱된 그림자를 볼 수 있습니다.

섀도우 오브 툼 레이더에서 레이 트레이싱은 기존 기법으로는 렌더링 할 수 없었던 다섯 가지 그림자 기술을 선보입니다.

가장 낮은 레이 트레이싱 프리셋인 “Medium” 설정에서는 촛불 같이 가끔 볼 수 있는 포인트 라이트(Point Light)에 적용되는 최소한의 레이 트레이싱이 활성화됩니다. 그렇기 때문에 NVIDIA는 지속적으로 눈에 띄는 레이 트레이싱 효과를 경험하고 싶다면 추가적인 레이 트레이싱 그림자가 게임 전반에 걸쳐 나타나도록 “High”로 설정하기를 권장합니다.

레이 트레이싱 그림자의 난이도는 광원의 개수와 유형에 따라, 그림자를 유발하는 물체의 복잡성에 따라 증가합니다. 하나의 지점이라도 광원의 각도가 여러 개면 각각 추적해야 올바른 그림자를 나타낼 수 있죠. 각도와 빛이 늘어날수록 광선도 그 만큼 많이 필요합니다

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DXR높음으로 설정한 섀도우 오브 툼레이더에서의 레이 트레이싱된 그림자 성능은 아래 차트에서 확인할 수 있습니다.

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레이 트레이싱 전역 조명

GeForce RTX GPU의 실시간 레이 트레이싱 기능으로 장면에서 빛이 표면에 산란되는 효과를 더욱 정확하게 모델링 할 수 있어 개발자들은 게임에 레이 트레이싱된 간접 산란 전역 조명을 추가할 수 있습니다. 

전역 조명(Global Illumination)” 이란 표현이 익숙하지 않으신가요? 전역 조명은 한 표면에서 다른 표면으로 빛이 산란되며 발생하는 간접적 효과를 비롯해 한 장면 내에서 일어나는 빛의 모든 움직임을 컴퓨팅하는 과정을 보여줍니다. 과거에는 사전 컴퓨팅된 라이트 맵, 이미지 기반 라이트 프로브(Light Probes), 구면조화 함수, 리플렉티브 섀도우맵(Reflective Shadowmaps), 아티스트가 배치한 빛을 사용해 전역 조명을 표현하곤 했습니다.

이러한 기술에는 몇 가지 단점이 있는데요, 그 중에서도 가장 큰 단점은 동적 조명이 그 조명이 내리 쬐는 영역 너머까지 산란되거나 빛을 비추지 못한다는 점이죠.

예를 들어 창문으로 밝은 빛이 비추는 어두운 방 하나를 떠올려 보세요. 기존 기술을 사용하면 빛이 비추는 모든 것은 반짝이겠지만, 반짝이는 영역에서 다시 빛이 산란되지 않으며, 게임 속 그 주변 물체들도 반짝이지 않습니다. 그러나 현실 세계라면 이야기가 다르겠죠.  

지금은 레이 트레이싱을 사용해 장면 내에서 표면에 비쳐 간접적으로 산란된 빛에 반사된 물체를 더욱 정확하게 모델링할 수 있습니다. 개발자들은 이를 활용해 게임 속 상황이 전개되는 과정에서 실제 세계처럼 간접 조명이 더욱 사실적으로 드러난 역동적 장면을 생성할 수 있죠.

, 빛이 더욱 자연스럽게 반사돼 주변 사물을 밝혀준다는 뜻이죠. 태양이 움직이거나 창문이 열리면 방 안의 그림자도 더욱 사실적으로 바뀌죠. 완전히 새로운 조명 효과로 표현된 실내를 볼 수 있답니다

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메트로 엑소더스는 실시간 레이 트레이싱된 전역 조명 기술을 통합한 최초의 게임으로, 4A Games 개발자들은 게임 속 환경에서 빛이 달라지고 발생하는 상황에 맞게 더욱 사실적인 간접 산란 조명을 표현해 역동적인 장면을 연출할 수 있답니다.

메트로 엑소더스에서 레이 트레이싱은 픽셀 단위로 계산이 이뤄지므로, 레이 트레이싱된 전역 조명은 광선 사용이 선택적으로 이뤄지는 제한적인 레이 트레이싱 반사보다 한층 성능 집약적입니다. 그러나 그 효과를 보면 비용이 결코 아깝지 않은데요, 기술 전문 웹사이트 디지털파운드리 (DigitalFoundry)에서는 레이 트레이싱은 한 단계 업그레이드된멋진 순간을 선사한다고 표현했습니다.

GeForce GTX GPU의 경우 RTGI의 추가 워크로드가 성능에 미치는 영향이 상당합니다.


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레이 트레이싱 커스틱스

커스틱스(Caustics)는 굴절된 표면이나 물체에 반사되거나 굴절된 광선에 초점을 맞추는 것, 또는 다른 표면 상의 광선 외피를 투영하는 것을 말합니다. 이는 일반적으로 수면의 파도가 일렁이며 명암이 나타나는 부분의 변화하는 패턴에 빛을 집중할 때 주로 나타나죠. 게임에서 이를 렌더링하려면 미적으로 그럴듯한 실시간 결과를 얻기 위해 간단한 방법과 근사치를 필요로 했지만, 이는 정확하거나 현실적이지 못하죠.

개발자들은 DXR 레이 트레이싱을 사용해 마침내 현실적인 커스틱스 렌더링을 할 수 있게 됐으며, 저스티스(Justice) 개발자 NetEase가 바로 이를 해냈습니다 (자세한 내용은 여기에서 무료 저스티스 & 커스틱스 GDC 세션을 통해 확인할 수 있습니다). 



커스틱스 외에도 저스티스 RTX 테크 데모에는 레이 트레이싱된 반사와 그림자가 구현돼 있어 위 비디오에서도 볼 수 있듯 장면 연출이 대거 향상됐답니다.

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실시간 레이 트레이싱: 모멘텀은 계속된다

올해 그리고 앞으로 레이 트레이싱 세계는 여러분을 위한 더 많은 소식을 준비하고 있습니다. 언리얼 엔진과 유니티는 레이 트레이싱 기술과 도구를 추가해 전 세계 개발자들이 레이 트레이싱 경험을 구현할 수 있도록 지원합니다. 레메디 엔터테인먼트는 곧 출시될 컨트롤(Control)에 레이 트레이싱을 추가할 예정이죠. 손꼽아 기다려 온 뱀파이어: 더 마스커레이드 블러드라인 2 2020년 출시 버전에서 레이 트레이싱을 지원합니다. 고전 게임 퀘이크 II 레이 트레이싱을 지원하는 작업도 현재 진행 중입니다. 그 외에도 수 많은 개발자들이 올해, 내년, 앞으로 계속 게임에 적극적으로 레이 트레이싱을 통합해 나가고 있으며 또 그럴 것입니다. 최신 레이 트레이싱 소식은 GeForce.com에서 확인할 수 있습니다.

레이 트레이싱으로 게임이 어떻게 향상되는지 확인하고 싶다면 아토믹 하트, 저스티스, 리플렉션을 위한 NVIDIA RTX 기술 데모를 다운로드하고 체험해 보세요.

이번 포스팅으로 GeForce GPU DXR 지원에 대한 여러분의 궁금증이 해결되었기를 바랍니다. 그 외 궁금한 점은 여기를 통해 문의할 수 있습니다.