게임에서 글로벌 일루미네이션이란 무엇인가?

글로벌 일루미네이션은 3D 게임용 조명 기술로, 빛이 표면에서 반사되어 주변 물체를 비추는 방식을 시뮬레이션함으로써 장면을 보다 사실적으로 보이게 하려는 시도입니다. 보다 기본적인 기법은 소위 "직접 조명"에 의존하는데, 이는 광원이 오직 하나의 물체만을 비추는 방식으로 실제 세계의 빛 작용 방식과는 다릅니다. 글로벌 일루미네이션, 즉 "간접 조명"을 사용하면 빛이 물체에서 반사되어 주변 물체까지 비출 수 있어 훨씬 더 사실적이고 자연스러운 모습을 구현합니다.

밖은 화창한 날씨지만, 당신은 벽을 따라 창문이 있는 어두운 방 안을 바라보고 있습니다. 그 창문에는 암막 블라인드가 달려 있습니다. 블라인드를 올리기 시작하자 햇빛이 방 안으로 쏟아져 들어옵니다. 기본적인 조명 기법을 사용했다면, 빛은 바닥에 닿아 딱딱한 각도를 이루며 바닥만을 비추었을 것이고, 마치 바닥 자체에 창문이 생긴 것처럼 보이거나 빛의 직사각형 모양을 만들었을 것입니다.

글로벌 일루미네이션을 적용하면 그 빛이 반사되어 천장과 방 전체를 비추게 됩니다. 이러한 상황과 현실 세계에서 바닥은 주변 물체에 전달될 만큼 충분한 빛을 받으면 광원이 됩니다. 창문을 통해 들어오는 빛이 바닥만 비추는 것이 아니라 방 대부분을 상당히 잘 비추는 모습을 상상해 볼 수 있습니다. 아래 영상에서 그 모습을 확인할 수 있습니다.

어떻게 보이는지는 게임과 조명 구현 방식에 따라 달라지므로 결과는 크게 차이가 납니다. 현실 세계에서 빛이 그렇게 행동하지 않기 때문에, 정말 강한 그림자는 자주 볼 수 없을 것입니다. 아래는 현대 게임에서 어떻게 보이는지 보여주는 세 가지 예시입니다. 직접 보시고 현실적으로 보이는지 판단해 보시기 바랍니다.

이 게임은 글로벌 일루미네이션과 레이 트레이싱을 옵션으로 제공하여 화질을 향상시킬 수 있으며, 아래에서 그 효과를 보여드립니다.

먼저, 레이 트레이싱을 비활성화하고 글로벌 일루미네이션을 LOW와 HIGH로 각각 설정하여 게임을 실행했습니다. 아래에서 볼 수 있듯이, 램프가 받침대 주변에 매우 거칠고 비현실적인 그림자를 드리우며 빛이 비추는 부분과 비추지 않는 부분 사이에 뚜렷한 경계선이 나타나는 등, 사실상 눈에 띄는 차이는 전혀 없습니다.

다음으로 풀 레이 트레이싱(패스 트레이싱으로도 알려짐)을 활성화하고 글로벌 일루미네이션은 HIGH로 유지했습니다. 그 차이는 매우 놀랍습니다. 아래에서 볼 수 있듯이, 빛이 이제 램프를 지탱하는 기둥의 바닥 주변으로 산란되어 매우 확산되었으며, 본질적으로 전체 영역을 둘러싸고 있습니다. 빛이 바위 벽에서 반사되어 바닥도 밝게 비추고 있습니다. 이전에는 존재하던 강한 그림자가 사라졌으며, 장면 주변의 바위 벽들이 빛을 사방으로 반사하고 있습니다.

사이버펑크 2077에는 전역 조명을 가능하게 하는 경로 추적 기능이 탑재되어 있으며, 경로 추적을 활성화하면 간접 조명의 생생한 사례를 확인할 수 있습니다. 장면 오른쪽의 기둥들은 레이 트레이싱이 비활성화된 상태에서는 거의 칠흑같이 어둡지만, 경로 추적이 활성화되면 벽면의 간판이 그 앞 바닥을 비추기 때문에 밝게 드러납니다.

이 게임에는 글로벌 일루미네이션이 내장되어 있지만, 레이 트레이싱 간접 확산 조명을 활성화하는 옵션이 있어 표면에 일부 조명 하이라이트를 추가할 수 있습니다. 이 스크린샷에서 빛의 원천 위의 파이프를 좌우로 스와이프하며 살펴보면, 간접 조명이 활성화되었을 때 파이프가 거의 완전히 비춰지는 모습을 확인할 수 있습니다.

주요 단점은 일반적으로 레이 트레이싱과 함께 사용되기 때문에 게임을 60fps로 실행하려면 강력한 GPU가 필요하다는 점입니다. 비록 업스케일링 기술과 프레임 생성이 도움이 될 수는 있지만요. 또 다른 단점은 이 기술이 많은 게임에 적용되지 않는다는 점입니다. 강력한 GPU가 필요할 뿐만 아니라, 미리 렌더링된(baked) 형태로 구현될 경우 개발자의 상당한 작업량이 요구되기 때문입니다. 일반적으로 사이버펑크, 인디아나 존스, 메트로 엑소더스, 아바타: 프론티어스 오브 판도라 등과 같은 AAA급 싱글플레이어 게임에서만 찾아볼 수 있습니다.

글로벌 일루미네이션의 주요 장점은 게임이 더 사실적으로 보이게 한다는 점입니다. 이는 실제 세계에서 빛이 어떻게 반사되고 주변 물체를 비추는지 계산하는데, 일반적으로 매우 훌륭한 시각적 효과를 제공합니다.

그렇지 않습니다. 이를 이해하는 한 가지 방법은 글로벌 일루미네이션이 렌더링 과정의 결과물이며, 레이 트레이싱은 그 최종 결과를 달성하는 한 가지 방법일 뿐, 유일한 방법은 아니라는 점입니다. 아티스트와 프로그래머는 사전에 엄청난 양의 작업을 수행하여 빛의 반사 경로를 계산한 후, 그 조명을 게임의 텍스처와 환경에 베이킹(구워 넣기)하는 방식으로 이를 구현할 수 있습니다. 이 방법이 너무 많은 자원을 요구한다면, 레이 트레이싱에 의존할 수 있습니다. 레이 트레이싱은 게임 내에서 실시간으로 이를 수행할 수 있지만, 대부분의 게이머가 아직 60fps로 레이 트레이싱을 실행할 수 있는 하드웨어를 보유하고 있지 않기 때문에 상당한 성능 저하가 따릅니다.