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사전 계산 방사휘도(Radiance) 전달(PRT) (PRT) ~ PRT는 무엇입니까?
[칼럼 핵심 요약]
현재 차세대 3D 게임 그래픽 기술로 실용화가 진행되고 있는 것에 PRT가 있다. 근대 GPU의 활용 테마로서는 가장 활발한 것의 하나이며, 근대 실시간 3D 그래픽스를 말하는데 있어서는 아무래도 피할 수 없는 것이 되고 있다.🌐 원문 링크: 事前計算放射輝度伝搬(PRT)～PRTとは? (Mynavi News)
📅 원문 발행일: 2009-06-04 ｜ ✍️ 저자: 西川善司 (니시카와 젠지 / Zenji Nishikawa)
NOTE
💡 현대 그래픽스 관점에서의 발전사 (Modern Retrospective)
- 구면 조화 함수(SH)의 현대적 활용: PRT의 핵심인 구면조화함수(Spherical Harmonics)는 현재도 프로브 기반 라이팅(Light Probes), 볼류메트릭 라이트맵, 스카이라이트 복사도 캐싱의 핵심 수학적 도구로 쓰입니다.
- 실시간 글로벌 일루미네이션(RTXGI / Lumen): 사전 계산(Precomputation)에 의존하던 한계를 벗어나, 메시 디스턴스 필드(SDF) 추적 및 하드웨어 레이트레이싱을 결합한 완전 동적 실시간 무한 반사 GI(Infinite Bounce GI)가 상용화되었습니다.
📖 본문 해설
[원문 리드문] > 현재 차세대 3D 게임 그래픽 기술로 실용화가 진행되고 있는 것에 PRT가 있다. 근대 GPU의 활용 테마로서는 가장 활발한 것의 하나이며, 근대 실시간 3D 그래픽스를 말하는데 있어서는 아무래도 피할 수 없는 것이 되고 있다.
현재 차세대 3D 게임 그래픽 기술로 실용화가 진행되고 있는 것에 PRT(Precomputed Radiance Transfer)가 있다.
PRT는 일본어 번역에서는 「사전계산・방사휘도(Radiance)・전파」라는 뜻이며, 무엇을 하는 것인가 난해한 키워드가 되고 있지만, 현재, 근대GPU의 활용 테마로서는 가장 활발한 것의 하나이며, 근대 실시간 3D 그래픽스를 말하는데 있어서는 아무래도 피할 수 없는 것이 되고 있다.
이번부터 이 PRT 기술에 대한 기본 사항과 최첨단 PRT 기술의 최신 동향까지를 소개한다.
PRT란 실시간 대국 조명
현재의 실시간 3D 그래픽스에서는, 광원을 설정하면 기본적으로는 그 광원의 빛을 직접 받는 음영의 계산 밖에 행하지 않는 손잡이가 대전제가 되고 있다.
현실 세계에서는, 광원으로부터의 빛이 제3자에 차폐되거나 혹은 빛이 있는 물체에 닿아 반사한 그 빛도, 또 광원이 될 수 있다(2차 광원). 그러나, 현재의 실시간 3D 그래픽스에서는 이러한 처리는 생략되는지 의사 수법(페이크)으로 대용되는 경우가 많다. 가짜라도 나름대로 철쭉이 맞고 있는 것처럼 보이면 그것은 그것으로 좋지만, 뭔가 위화감이 남아 버리는 국면도 적지 않다.
이러한 차폐나 상호반사 등을 다루고 복잡한 조명을 재현하려고 하는 것이 '대국적인 조명기술'(Global Illumination : 글로벌 일루미네이션)이라는 기술/개념이다.
그러나, 대국 조명은 복잡하고 계산량도 많기 때문에, 실수로 실장하고 있었던 것에서는, 매우 실시간으로 움직이는 것은 어렵다.
거기서, 이 대국 조명을, 복잡한 빛의 전파에 대해서는 오프라인(비실시간)으로 시간을 걸어 미리 계산해 버리고, 리얼타임 렌더링시에는 그 사전 계산 결과를 이용해 실현해 버린다는 아이디어가 등장한다.
이 하나가 'PRT'가 된다.
이 PRT가 각광을 받기 시작한 것은 2002년 SIGGRAPH 2002에서 "Precomputed Radiance Transfer for Real-Time Rendering in Dynamic, Low-Frequency Lighting Environments."(Peter-Pike Sloan)라는 논문이 발표되고 나서다.
이 개조적 아이디어에서는, 어느 장면에 대해서 PRT를 실시할 때에는, 광원은 움직일 수 있지만 「그 장면에 등장하고 있는 캐릭터나 오브젝트는 일절 움직일 수 없다」라고 하는, 실시간 3D 그래픽스에 있어서는 치명적인 제약이 있었다. 거기서 「움직이지 않는 배경에 대해서만 PRT를 사용한다」라고 하는 한정 조건부로 3D게임 그래픽스에 응용하는 예도 제창되었지만, 메모리 사용량이나 얻을 수 있는 효과의 밸런스를 생각하면 실용성은 낮다고 할 수밖에 없었다.
그러나 이 논문이 기폭제가 되어 각 방면에서 연구개발이 이루어지게 되었다. 그 보람 있어 지난 몇 년 동안 그 장면을 실시간으로 움직여도 적용 가능한 PRT 기법, 말하자면 "동적 PRT"까지도 발표되어 온 것이다.
본 연재에서는, 이 동적 PRT의 기초 이론까지를 소개하지만, 갑자기 동적 PRT에 비약해도 의미 불명이라고 생각되기 때문에, 가장 기본적인 PRT인 「정적 PRT」… (계속)
PRT의 기본 개념
(트라이Z 니시카와 젠지)