D5 GI | 글로벌 일루미네이션이란 무엇이며 왜 필요한가요?

01 서문

1.1 GI란 무엇인가요?

디자이너들은 종종 사진과 구별할 수 없을 정도로 사실적인 렌더링을 만들기 위해 노력합니다. 디테일한 모델링은 사실감을 달성하는 데 중요한 역할을 하지만, 실제 세계의 빛과 재료를 정확하게 시뮬레이션할 수 있는 고급 렌더링 소프트웨어는 렌더링을 한 차원 높이는 데 필수적입니다.

전역 조명(GI)은 컴퓨터 그래픽스에서 현실적인 조명 상호 작용을 재현하는 기술입니다. 광원으로부터의 직접적인 조명뿐만 아니라 여러 번 반사된 후 표면에 도달하는 간접 조명까지 계산합니다.

현실 세계에서 빛은 에너지가 소멸될 때까지 표면에서 계속 반사됩니다. 이러한 현상을 시뮬레이션하는 것은 사실적인 밝기, 대비 및 디테일을 가진 렌더링을 생성하는 데 매우 중요합니다.

GI는 장면에 빛이 두 번 이상 반사되는 문제를 해결하여 직접 조명이 비추지 않는 부분에 더 나은 밝기와 디테일을 가져오도록 하는 것을 목표로 합니다. 이는 인간의 눈을 속일 수 있는 사실적인 렌더링을 만드는 데 중요한 역할을 합니다.

1.2 왜 실시간 GI인가?

중요성을 고려할 때, GI는 렌더링 업계에서 꾸준한 기술적 과제였습니다. 수년에 걸쳐 레이 트레이싱을 포함한 다양한 솔루션이 GI를 효과적으로 구현하기 위해 개발되었습니다. 그러나 실시간 GI를 달성하는 것은 사용 가능한 계산 시간이 제한적이기 때문에 특히 어렵습니다.

• ‍오프라인 렌더링: 이는 알고리즘이 장면에 간접 조명을 해결하고 고품질 결과를 생성하는 데 상당한 시간을 할애할 수 있도록 합니다. 예를 들어, 애니메이션 영화의 이미지는 수백 시간의 오프라인 계산이 필요합니다.‍
• 실시간 렌더링초당 최소 30프레임, 즉 0.03초 안에 하나의 프레임을 렌더링해야 합니다.

실시간 GI는 렌더링 기술의 최전선에 서서 즉각적인 피드백을 제공하고 원활한 창의적 워크플로우를 가능하게 합니다. D5 Render 고품질과 속도를 결합한 고급 GI 솔루션을 개발하여 이러한 과제를 해결했습니다.

02 D5 GI 솔루션의 원리

2.1 이전 솔루션

카지야가 소개한 렌더링 방정식은 GI 알고리즘의 근간을 이룹니다. 이는 빛이 물리 법칙과 에너지 보존을 준수하며 장면에 어떻게 상호작용하는지를 모델링합니다. 이 방정식을 실시간(0.03초 미만)으로 푸는 것은 매우 복잡합니다.

이전의 실시간 GI 솔루션들은 부적절한 샘플링 비율로 인한 빛샘, 과도한 차폐, 많은 노이즈와 같은 문제점들을 가지고 있었습니다.

D5 Render 이러한 한계를 혁신적인 접근 방식으로 극복했습니다. ReSTIR 서펠 GI, 실시간 속도로 고품질 결과를 제공하는.

2.2 ReSTIR 서펠 GI

2.2.1 ReSTIR GI

D5 ReSTIR GI는 광원을 샘플링하는 대신 광선의 경로를 저장하기 위해 ReSTIR을 GI에 사용합니다. ReSTIR GI는 프레임 간 및 인접 픽셀 간에 샘플 정보를 재사용하여 샘플링 결과의 분산을 줄여, 샘플 수가 적더라도 고품질 결과를 달성할 수 있습니다.

D5 Render - 광원을 직접 샘플링하는 대신 광선 경로를 저장합니다. - 시간 지연을 최소화합니다. 경로 유효성 검사, 밝기나 객체 위치가 동적으로 변경될 때 재사용된 샘플을 조정하는,.

2.2.2 서플 GI

ReSTIR는 초기 반사 계산에는 탁월하지만, 후속 반사 계산에서는 추가적인 어려움이 발생합니다. 따라서 D5 GI 솔루션은 후속 반사 계산에 Surfel 캐싱 방식을 적용했습니다.

서펠은 화면 공간을 기반으로 반복적으로 생성될 수 있으며 휘도를 효율적으로 축적하고 캐싱하여 후속 바운스의 광선이 조명 결과를 단순히 쿼리할 수 있도록 하는 공간 캐싱 기법입니다. 그러나 이 솔루션은 화면 공간 외부의 결과를 얻을 수 없는 것과 같은 새로운 문제를 야기합니다.

이 문제를 해결하기 위해, D5 Surfel Caching 솔루션에 개선 사항을 적용했습니다. GBuffer에서 발사된 광선이 교차하는 부분에서 Surfel을 생성하고, 시야 밖에 있는 위치의 Surfel을 저장하여 올바른 결과를 얻습니다.

또한, Surfel을 관리하고 VRAM 사용량을 줄이기 위해 장면은 계단식 그리드로 분할됩니다. 광 누수는 레이 바운스 시간을 정렬하고 비교하여 해결됩니다. 다른 아티팩트도 개선됩니다.

2.2.3 기타 최적화

그리고 D5 팀은 여러 광원 샘플링, 반사 및 노이즈 제거를 위한 일련의 솔루션도 개발하여 ReSTIR Surfel GI가 다양한 시나리오에서 효율적이고 안정적으로 작동하도록 했습니다.

03 현실적인 렌더링을 위한 개선된 전역 조명 (GI)

3.1 향상된 실내 조명 및 색상 렌더링

D5 GI 솔루션은 1차 및 2차 GI 반사광 모두에 스카이라이트를 반영하도록 대폭 개선되어, 깊이가 상당한 공간에서도 사실적인 조명 효과를 구현합니다.

이 개선 사항은 빛과 그림자 사이의 부드러운 전환과 함께 더 밝은 실내를 보장합니다. GI 계산은 이제 로컬 텍스처 색상을 직접 사용하여 보다 정확한 색상 전환을 제공하고 간접 조명 및 반사의 사실성을 향상합니다. 이러한 업데이트는 이전 버전의 지나치게 밝게 처리된 모습을 제거하는 동시에 사실적인 색상 구분을 달성합니다. 제어된 채도를 원하는 사용자는 “번짐 제한”옵션.

이전 버전에서는 실내 조명이 더 따뜻하게 보였고 금속은 더 어두워 보였습니다.

업데이트된 버전은 중성적인 색온도와 더 밝은 금속 질감을 가지고 있습니다.

3.2 현실적인 대비, 그림자 및 색상 렌더링

최신 버전 더 높은 GI 샘플링 정확도를 특징으로 하여 역광 영역에서 더 나은 대비, 더 명확한 바운스 라이팅, 그리고 틈새에서 더 뚜렷한 오클루전 섀도를 제공합니다. 이러한 개선 사항은 조명 효과를 실제 기대치에 가깝게 만들어, 미묘하고 대비가 높은 시나리오 모두를 향상시킵니다.

3.3 고주파 그림자 세부 사항 및 부드러운 그림자

이전 버전은 강력한 노이즈 제거를 우선시하여 이미지가 평평해지는 문제가 있었습니다. 새로운 GI 솔루션은 NVIDIA의 실시간 노이저 제거 기능과 낮은 분산도의 Restir 샘플링을 통합하여 더 선명하고 고주파수 그림자 디테일을 제공합니다. 또한, 이전에 정지 이미지에서만 가능했던 여러 광원에서 나오는 부드러운 그림자가 이제 비디오 렌더링에서도 지원됩니다. 실시간 미리보기에서는 보이지 않지만, 최종 출력에서는 그림자가 올바르게 계산되어 사실감을 높여줍니다.

04 재료 및 텍스처 전반의 사실감 향상

4.1 향상된 식물 렌더링

신규 D5 GI 솔루션과 채광 시뮬레이션은 식물에 조명이 비춰졌을 때 잎의 반투명성을 사실적으로 복제하여 식물의 자연스러운 외관을 향상시킵니다. D5 업데이트 버전 개선된 GI 샘플링과 밝기 기능은 이전 버전의 과도하게 밝아 보이는 느낌을 없애고 실제와 거의 흡사한 조명 효과를 제공합니다.

4.2 발광 재료를 광원으로

이전 버전은 방출 재료의 직접 조명만 계산하여 주요 광원으로 사용하기에 부적합했습니다. D5 최신 버전에서, GI 솔루션은 빛 반사를 계산하여 발광 재료가 광원으로 더 효과적으로 작동하도록 합니다.

05 향상된 광원 관리 및 렌더링 효율

5.1 증가된 광원 용량

새 버전에는 라이트 그리드 구조가 도입되어 인공 광원 제한을 1,024개에서 4,096개로 늘렸습니다. 이는 이전 아카이브에 영향을 주지 않으면서 광샘플링 효율을 개선합니다.

5.2 영상 렌더링에서 깜박임 감소

라이트 그리드 기술 덕분에 여러 광원, 강렬한 밝기, 복잡한 가려짐이 있는 장면에서도 직접 조명이 더욱 안정화되어 깜빡임을 줄이고 식물의 야간 장면 렌더링을 더욱 부드럽게 만들 수 있습니다.

이전 버전에서는 밝은 광원에 의해 조명된 식물 영상에 깜빡임 현상이 있었습니다.

안에서 D5 최신 버전, 동일한 밤 장면에서 식물의 안정적인 비디오 렌더링.

5.3 미리보기, 렌더링 및 애니메이션

미리 보기와 렌더링 간의 밝기 불일치가 해결되어 일관성이 보장됩니다. 비디오 렌더링에서 반사되는 부드러운 그림자가 지원되어 애니메이션에 사실감을 더합니다.

5.4 실시간 미리보기 개선

새로운 조명 알고리즘은 어두운 장면에서 카메라 움직임으로 인한 스팟 아티팩트를 제거하여 더욱 안정적이고 몰입감 있는 실시간 미리보기 경험을 제공합니다. 이전 버전의 문제였던 미리보기와 렌더링 결과 간의 밝기 차이도 해결되었습니다.

06 개선된 광원 GI 표현

6.1 정확한 빛의 동작

업그레이드는 다양한 광원에 대한 GI 표현을 향상시킵니다:

IES 조명: 모양에 따라 GI 밝기를 올바르게 적용합니다.

D5 이전 버전에서는 IES 파일의 형상이 달라져도 IES 광 반사 효과가 눈에 띄게 변하지 않습니다.

D5 최신 버전에서는 IES 조명에서 반사되는 빛이 IES 파일의 형상에 따라 정확하게 변화합니다.

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2. 무대 조명 및 프로젝터 스테이지 조명용 고보 패턴 및 프로젝터용 정확한 투사 조명을 포함하여 콘텐츠에 따른 실시간 GI 업데이트.

이전 버전에서는 스테이지 라이트에서 발생하는 반사된 빛이 고보 패턴 변경에 따라 의미 있는 차이를 보이지 않았습니다.

D5 최신 버전에서는 무대 조명의 반사광이 고보 패턴에 따라 정확하게 변화합니다.

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3. 직사각형 및 스트립 조명: 새로운 “감쇠 강도” 매개변수가 GI 밝기 및 조명 범위를 정확하게 조절합니다.

이전 버전에서는 간접 조명이 낮은 감쇠 강도로도 벽을 밝힐 수 있었습니다.

D5 최신 버전에서는 실제 감쇠 강도를 바탕으로 반사광이 정확하게 계산됩니다.

07 최신 버전으로 전환하기 위한 중요 참고 사항

진행 중인 프로젝트의 경우, 일관성을 유지하기 위해 현재의 D5 버전을 계속 사용하는 것이 좋습니다. 새로운 프로젝트를 시작할 때는 D5 Render 업데이트 버전 최적의 결과를 보장하고 정확한 렌더링을 보장합니다. 이전 장면 파일을 업데이트할 때 향상된 GI 정확도를 위해 조명 배치 및 밝기 조정을 해야 할 수 있습니다.