Monday, April 16, 2012

The ART of Rendering

 
이 글은 fxguide.com 에서 Mike Seymour씨가 쓴 
The Art of Rendering (  http://www.fxguide.com/featured/the-art-of-rendering/  ) 을 
원저자의 허락 하에 번역한 글입니다. Mike Seymour씨에게 감사의 뜻을 표합니다.
(This post was translated under the permission of the original writer, Mike Seymour. Thanks for the permission.)


무단전재나 재배포는 허용되지 않습니다.
잘못 번역된 부분이 많이 있을 것으로 예상되니 댓글로 알려주시면 수정하겠습니다.




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렌더링은 언제나 현실을 흉내 내기 위해서 얼마나 많은 컴퓨터를 기꺼이 투입할 것인가를 관리하는 연습이며 그 비용은 돈과 시간의 형태로 나타납니다.

전체 CG/VFX세계의 상품 하나를 고려해 보면 – 렌더링이 현재 핫토픽입니다. CG수퍼바이저 Scott Metzger씨는 렌더러에 관한 얘기를 하려면 언제나 누군가를 짜증나게 할 수 밖에 없다고 농담처럼 말합니다. “렌더러는 종교와도 같죠 ㅎㅎ. 렌더링은 종교에요! 특히나 지금 시대에는, 정말로 흥미롭게도, 많은 일들이 일어나고 있고 수 많은 렌더러가 있습니다. 그리고 많은 일들이 발생하죠. 제겐 현재 우리 산업에서 가장 흥미로운 부분입니다.”

픽사의 RenderMan 제품 부사장인 Dana Batali 씨가 지난 씨그라프중에 fxguide에 말한 것 처럼 “렌더링은 화면에 픽셀들을 나타내기 위해서 필요한 컴퓨터예산 중 가장 큰 부분을 차지합니다.” 그는 당시 ‘sims’(옷과 같은 물리 시뮬레이션 등)는 대부분의 영화에서 컴퓨터예산 중 단지 5퍼센트만을 차지했다고 지적했습니다. 
렌더링이 랜더팜을 장악하고 있기 때문에, 어쩌면 하나의 씬에서 파괴 시뮬레이션을 위해 쏟는 만큼의 노력을 렌더링에서 완벽한 빛을 시뮬레이션 하기 위해 쏟을 수는 없습니다.

렌더러들은 대학 프로젝트와 같이, 개략적으로 작성하기는 매우 쉽습니다. 하지만 제작 환경에서 사용하기는 매우 어렵습니다. Solid Angle의 Arnold 렌더러는 잘 최적화된 C++코드로도 약 20만줄이나 되는데, 많은 속임수 없이 매우 직접적인 구현이 되는 것으로 여겨집니다. 렌더링 시간과 씬 복잡성 관점에서 보면 제작 요구사항은 엄청납니다. 


그리고 씨그라프2010에서 Arnold의 설립자 Marcos Fajardo씨가 지적했듯이, 문제는 단지 최종 랜더시간에만 있는 것은 아닙니다 – 최종 랜더 CPU 시간은 시간당 0.1달러에 불과하지만 아티스트들의 시간은 시간당40달러에 육박하므로 인터렉티브함 역시 중요합니다.

여러분이 가진 시간 내에서 가능한 좋아 보이는 결과를 얻을 수 있는 최선의 접근법을 선택하는 것과, 이미지의 어떠한 속성들이, 예를 들어 복잡한 셰이딩, 복잡한 모션블러, 섭서페이스 스캐터링이나 다른 중요한 빛 효과들 중 어떤 것들이 장면에서 역할을 가지며 어떤 속성들을 더 타협해야 하는지 정밀하게 선택하는 것, 여기에 렌더링의 핵심이 있습니다.

렌더링은 타협안을 속이려 하는 예술입니다.

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Pascal Beekmans 에 의해 Modo로 랜더링. Stats: 해상도: 1500*500, Indirect Illumination Monte Carlo, - 24.8B Vertices - 8.27B Poly.





개념


스튜디오에서 렌더러를 선택하는데 영향을 주는 요소는 가격에서부터 파이프라인 경험들에 이르기까지 매우 많습니다. 하지만 이 글에서 우리는 엔터테인먼트 산업의 제작환경에서 글로벌 일루미네이션(GI)의 요구에 근거한 비교에 촛점을 맞출것입니다. 


우린 많은 작은 회사들이 제작분야과 R&D분야에 전념하는 인원을 가진 큰 회사들의 선택에 많은 관심이 있을 것이라는 기대를 가지고서 메이저 스튜디오에 초점을 맞췄습니다. 이는 작은 회사들을 덜 중요시 여긴다기 보다는 렌더러 선택시의 기준을 인정하기 때문입니다.

반사와 셰이딩 모델들

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Teapotahedron (Utah teapot)


사실적인 렌더링의 목적은 보이는 씬 표면으로부터 반사되어 이미지 픽셀을 통해서 가상의 카메라에 도달하는 빛의 양을 계산하는 것입니다. 이 빛은 이미지 픽셀들의 색상을 결정합니다. 여기서 핵심은 표면의 모양을 묘사히는데 사용되는 반사/산란 및 셰이딩 모델입니다.

· Reflection/Scattering – 주어진 지점에서 빛이 어떻게 표면과 상호작용 하는가


· Shading – 표면을 따라서 재질 속성이 어떻게 변하는가

반사나 산란은 주어진 지점에서 들어오는 조명과 나가는 조명 사이의 관계입니다.
그 지점에서 반사 속성들의 수학적 설명이 BRDF (양방향반사분포함수) 입니다.


BRDF


물체의 흡수, 반사나 산란은 주어진 지점에서 들어오는 조명과 나가는 조명 사이의 관계입니다. 이게 물체가 정확히 보이게 하는 핵심입니다.
산란이란 일반적으로 양방향산란분포함수 라는 용어나 또는, 해당 지점에서 오브젝트의 BSDF 로 설명됩니다.


Shading


쉐이딩은 표면을 따라서 어떻게 서로 다른 산란 형태가 분포하는가를 나타냅니다(예를 들어 어디에 산란이 적용되는가). 이런 종류의 설명은 보통 shader라 불리는 프로그램으로 표현됩니다. 셰이딩의 간단한 예는 텍스쳐 맵핑으로서, 표면의 각 지점에 디퓨즈 색상을 지정하기 위해 이미지를 사용하여 더 분명한 디테일을 제공합니다.

사실주의를 위한 추구는 보다 정확한 빛의 시뮬레이션에 관심을 갖게 했고 렌더러들이 최선의 라이팅 솔루션을 제공하도록 하였습니다. 현재 라이팅 솔루션의 핵심은 글로벌 일루미네이션입니다.


Global illumination



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Cornell Box render in Maya

지난 몇 년간 렌더러들을 규정하는 양상은 글로벌 일루미네이션 이었습니다(GI).

픽사의 라이팅 TD이며 ‘디지털 라이팅 과 렌더링(2006)’의 저자인 Jeremy Birn 씨는 GI 를 “두 표면 사이의 빛의 상호 반사를 흉내내는 렌더링 알고리즘” 이라고 간단히 정의했습니다. GI를 이용해 렌더링 할 때, 간접광을 흉내내기 위해 바운스 조명을 추가할 필요가 없습니다. 왜냐하면 소프트웨어가 씬 내의 표면에 부딪치는 직접광에 기준하여 간접광을 계산하기 때문입니다.

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Real image (credit: Digitalcompositing.com)

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피규어의 그림자에 빨간색이 묻어난 것에 주목하세요

우린 모든 다른 표면들로부터의 모든 공헌을 얻고자 합니다. 그래서 BRDF와 각 방향으로부터의 복사광을 고려합니다. GI는 CG조명을 보다 실제세계의 조명처럼 만들며 라디오시티나 컬러 블리딩을 설명합니다. 컬러 블리딩이란 무반사 표면이 여전히 바운스를 제공할 때, 디퓨즈 색상에 바운스된 톤이 나타나는 것을 말합니다.

Solutions:


· Radiosity
· Photon mapping  (and with final gathering)
· Point clouds
· Brick maps
· Monte Carlo ray tracing




전통적인 radiosity

전통적인 라디오시티는 간접광이 표면 색상들의 디퓨즈 반사에 의해 표면 사이를 투과하여 표면 메쉬의 버텍스들에 정렬하는 GI 접근법입니다. 이 방법은 처음으로 GI를 가능하게 한 방법 중의 하나이며 지오메트리의 해상도가 GI 솔루션의 해상도와 연관되어 있습니다. 그림자를 보다 디테일하게 표현하려면, 폴리곤 개수를 늘려야 하며, 만약 오브젝트가 애니메이션 되고 움직인다면 매 프레임마다 재계산 되어야 합니다. 따라서 VFX에서 인기가 없었습니다.

단순 레이트레이서에서는, 광선의 방향이 보통 규칙적으로 단순 그리드에서 결정됩니다. 하지만 중요한 대안으로서 확률 레이트레이싱(스토카스틱 레이트레이싱)으로 알려진 몬테카를로 레이트레이싱이 있습니다. 몬테카를로 레이트레이싱에서는 광선의 기원, 방향, 그리고/또는 시간들이 무작위 숫자에 의해 결정됩니다. 아래를 봅시다.

레이트레이서는 빛나는 표면의 개수와 조명이나 오브젝트 풍선의 개수가 많아지면 랜더 시간에 손해를 보는데 주요 이펙트 장면에서 그러한 경향이 있습니다.

레이트레이서의 핵심은 그 자체의 복잡성이 아니라 그 최적화와 수행의 복잡성에 있습니다.

핵심 개념은 매우 간단합니다, 하지만 매우 복잡한 프로젝트에서 컴퓨터 예산에 맞도록 프로덕션 레이트레이서를 요구하는 것은 작은 요구사항이 아닙니다. 최근까지도, 풀 레이트레이서는 애니메이션에서 사용되지 않았습니다. 스틸샷이나 매우 작은 특수한 경우에만 인기가 있었을 뿐, 대부분의 레이트레이싱은 상업적으로는 더 큰 솔루션의 일부나 하이브리드 솔루션의 일부로서만 나타났습니다.

이제는 변화하고 있으며 놀랍도록 정교하고 뛰어난 레이 트레이싱 솔루션에 대한 수요가 많습니다. 하지만 핵심은 반드시 정교한 결과물은 아니라도 좋은 결과를 만드는데 초점이 맞춰져 있습니다. 영화나 TV쇼에서는 그러한 정교함이 절대적 척도로 간주되는 경우는 드뭅니다. 감독의 요구를 해결하기 위한 유연성이 물리적인 정교함을 포함해야 할 필요는 없지만, 사실적인 이미지를 만들어 내는 능력은 매우 중요합니다.




포톤 맵핑


포톤맵핑 방법은 레이트레이싱의 연장선상에 있습니다. 1989년, Andrew Glassner는 ‘Introduction to ray tracing’에서 레이트레이싱에 대해 다음과 같이 썼습니다.



“오늘날 레이트레이싱은 이미지 합성 레퍼토리에서 가장 인기있고 강력한 기술 중의 하나이다. 단순하고, 우아하며, 쉽게 실행이 된다. 하지만, 레이 트레이싱이 잘(또는 전혀) 처리하지 못하는 실제 세계에서의 일부 양상이 있다. 아마도 가장 중요한 누락은 디퓨즈 상호 반사일 것이다(예를 들어 흰색 카펫위에 놓여진 빨간 무광 캐비닛에서 나온 유색광이 카펫을 핑크색으로 물들이는 ‘블리딩’ 처럼).”



포톤 맵 알고리즘은 1993~94년에 개발되었고 이 방법에 관한 첫 번째 논문은 1995년에 발간되었습니다. 이는 커스틱스나 디퓨즈 상호반사를 포함하여 글로벌 일루미네이션을 시뮬레이션 할 수 있는 다재다능한 알고리즘입니다. 그리고 수년간 단지 계산시간의 일부만 사용하는 더 일반적인 레이 트레이싱 방법들 만큼의 유연성을 제공했습니다.

(각 버텍스에 값을 저장하는 초기 라디오시티 레이트레이싱과 비교해서) 새로운 접근법에서 포톤맵핑의 핵심은 GI가 별도의 데이터 종류 – 포톤 맵에 정렬된다는 점입니다. 포톤 맵의 해상도는 나머지 지오메트리에 독립적입니다.

포톤 맵의 속도와 정확성은 사용된 ‘포톤’의 개수에 달려 있습니다. 이들이 씬 내에서 튀면서 간접광에 의해 빛을 받은 임의의 표면에 튕긴 다음 맵에 저장이 됩니다 – 얼룩이 포톤을 바타내는 “페인트건”효과와 다르지 않습니다. 이는 단지 포톤맵들로부터 좋은 결과를 얻을 수 있지만, 만약 포톤의 개수가 충분하지 않다면 결과가 부드럽지 못하게 된다는 뜻입니다.


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500 photons (Maya render)


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50,000 photons

이 문제에 대한 해결책은 포톤맵을 파이널 개더링과 함께 사용하는 것인데, 포톤맵을 부드럽게 하여 더 연속적이고 부드러운 일루미네이션을 제공합니다. 이렇게 포톤맵에 ‘필터링’를 하는 것에 더해서 Birn 씨가 표현한 “간접광의 여분의 바운스를 추가하는 글로벌 일루미네이션 솔루션 자체의 기능”을 제공합니다.

글로벌 일루미네이션을 계산하기 위해 파이널 개더링을 포톤맵과 함께 사용하는 과정은 세-단계의 방법입니다:

· 첫 번째로, 포톤들이 광원으로부터 나와서, 씬을 통해 추적이 되고, 비-스펙큘러 오브젝트에 부딪힐 때 포톤맵에 저장됩니다.


· 그런 다음, 저장된 포톤들의 비조직적 집합이 tree로 분류됩니다.


· 최종적으로, 씬은 파이널 개더링(단일 레벨의 분포 레이트레이싱)을 사용하여 렌더링 됩니다. 파이널 개더 광선이 부딪치는 지점에서 irradiance는 근처의 포톤들의 밀도와 힘으로부터 추산됩니다. 파이널 개더의 개수를 줄이기 위해 Irradiance interpolatioin이 사용됩니다.

포톤맵은 여전히 씬의 지오메트리 묘사와는 무관합니다. 이게 알고리즘의 핵심부분으로서, 수백만개의 면들과, 인스턴스된 지모네트리, 복잡한 프로시저럴 오브젝트를 가진 복잡한 씬에서 글로벌 일루미네이션을 흉내낼 수 있게 해 줍니다.

글로벌 일루미네이션을 파이널 개더링과 합침으로써 가장 물리적으로 정교한 일루미네이션을 달성할 수 있습니다. 그리고 내ㆍ외부의 광원으로부터의 빛의 영향에 의한 효과를 필요로 하는 인테리어 건축 이미지에도 널리 사용됩니다. 자연스럽게 글로벌 일루미네이션과 함께 파이널 개더를 켜고 끄기 위해서, 두 라이팅 효과들을 위해서 물리적으로 실제와 같은 방법으로 씬이 모델링 되어야 합니다. 


예를 들어, 조명은 대체로 동일한 값의 색상(직접광)과 에너지(포톤)속성들을 가져야 합니다. 재질 역시 또한 물리적으로 실제처럼 디자인 되어야 합니다. 예를 들어서, Softimage에서는, Architectural Materia(mia_material) 쉐이더가 있는데, 건축 및 제품디자인 렌더링에 사용되는 가장 물리적인 재질을 지원하도록 고안되었습니다. 금속, 나무, 유리와 같은 대부분의 단단한 표면을 가진 재질을 지원합니다. 특히 글로시 반사와 굴절 및 고급유리를 위해서 맞춰져 있습니다.




Radiance or ‘color bleeding’ in RenderMan


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Copyright Pixar/Disney.


시간이 지나면서 회사들은 비록 풀 레이트레이싱 솔루션을 수행하지는 못하더라도, 이미지에 라디오시티를 추가하기로 했습니다. 픽사의 RenderMan 11버전의 출시와 함께, 레이트레이싱이 셰이딩 언어의 일부로 장착되어서 물리적으로 정확한 상호반사, 굴절, 앰비언트 오클루젼 렌더링을 도왔습니다. 


오늘날 RenderMan의 경우, 16버전에서는 특히 라디오시티 캐쉬, 물리적으로 사실적인 셰이딩과 순수 Brute Force 레이트레이싱 솔루션을 포함하여 레이트레이싱된 라디오시티의 성능을 향상시키기 위한 몇 가지 새로운 기능들이 추가되었습니다. 


16버전의 새로운 Raytrace Hider는 REYES알고리즘을 완전히 우회하여 렌더링 하도록 해 줍니다. Raytrace Hider는 새로운 옵션으로서 PRMan에서 사용되는 일반적인 래스터화 과정을 무시하고 순수 레이트레이싱을 사용하여 이미지를 렌더링 할 수 있도록 해 줍니다. 


광선이 떨린 시간 샘플들과 렌즈 위치를 가지고 카메라로부터 발사되어서 정교한 모션블러와 피사계심도 효과를 만들어 냅니다. 16버전에서는 레이트레이스 된 GI는 가능한 프로덕션 툴이 되었습니다. 16이전 버전에서도 RenderMan은 여전히 멀티패스 솔루션을 사용하여 훌륭한 GI솔루션을 만들 수 있었습니다.

레이 트레이스된 라디오시티의 비용이 대규모 제작에 맞도록 되기 이전에도, 픽사의 RenderMan은 두 별도 방법으로 GI 를 처리했는데, 하나는 직접 조명이 계산된 뒤 단지 간접광을 추가하기 위해서 레이트레이싱을 사용하는 것이었고, 또 하나는 전혀 레이트레이싱이 없는 버전을 사용하는 것이었습니다. 


이 기술들은 “캐리비안의 해적2: 망자의 함,2006”의 제작에 처음 사용되었습니다. 복잡한 셰이더와 지오메트리를 가진 씬을 제작하는데 있어서, 이 기술들은 상대적으로 빠르고, 메모리 효율적이며, 오류가 없었지만, 멀티패스 속성 때문에 매우 큰 디스크 입출력과, 조심스런 자산 관리가 필요했고, 인터렉티브한 리-라이팅에는 적당하지 않았습니다.


픽사의 RenderMan은 자연스런 컬러 블리딩을 위해서 두 가지 멀티패스 솔루션 또는 옵션을 제공했습니다 : brick maps(포톤맵핑과 유사한 접근법)과 point clouds 입니다. 이 두 멀티패스 접근법에 관해 픽사의 Per H Christensen씨와 얘기를 나눴습니다.


Download Podcast
brick maps과 point clouds 사이의 차이점에 대한 Mike Seymour와 Per Christensen 씨와의 대화를 들으려면 클릭하세요.

Per Christensen은 시애틀에 있는 픽사의 RenderMan 그룹의 선임 소프트웨어 개발자입니다. 그의 주요 연구분야는 매우 복잡한 씬에서 효율적인 레이트레이싱과 글로벌 일루미네이션입니다. 픽사에 합류하기 전에, 그는 베를린에 있는 멘탈이미지와 호놀룰루에 있는 스퀘어USA에서 일했습니다. 그는 덴마크 공대에서 전자공학 석사학위를 받았고, 워싱턴 대학에서 컴퓨터 그래픽 박사학위(Ph.D)를 받았습니다.


Option 1 Brick Maps: 간접조명 또는 라디오시티를 해결하기 위한 레이트레이스 솔루션/brick maps

그 단계는 :

- 직접조명으로 렌더링을 하고, 그 동안 소프트웨어는 포인트클라우드(클라우드 내의 각 포인트가 각각 직접조명 색상을 가짐)를 생성하는데, 이는 “직접조명 베이킹” 입니다.


- 그런 다음 소프트웨어가 이 포인트 클라우드를 3D brick maps으로 변환합니다. 이 3D map은 텍스쳐 맵과 매우 유사하며 카메라에 독립적입니다.


- 마지막 단계는 최종 이미지를 렌더링 하는 단계로서 간접조명이나 라디안스를 알고자 하는 각 셰이딩 포인트에 대해 소프트웨어가 3D brick maps으로 다시 광선을 발사하여 해당 포인트의 색상을 찾습니다. 이 과정은 매우 빠르게 비용이 늘어나지만, RenderMan은 brick map에서의 탐색과 광선의 개수를 최소화 시키는데 최적화 되어 있고 REYES가 서페이스를 마이크로폴리곤들로 분할하므로 RenderMan은 이를 잘 수행합니다.


Option 2 Point Clouds: point clouds(레이트레이싱 없음)로 간접조명이나 라디오시티를 해결하기

그 단계는:

- 앞에서처럼 직접조명으로 렌더링을 하고, point clouds(각 포인트는 직접조명 색상을 가짐)를 만들지만, brick map을 만들지 않습니다.


- 최종 이미지를 렌더링 합니다 – 앞서 brick map으로 광선을 발사했던 각 셰이딩 포인트들에 대해, 이제 octree 내에서 탐색을 합니다. 포인트들이 3 공간내에 가까이 있을 경우 소프트웨어가 완전히 평가하며, 멀리 있는 포인트들은 집합적 솔루션을 위해서 무리를 짓게 됩니다. 가끔 각 셰이딩 포인트에서 전체의 어안조망을 원할 경우, 그 포인트에서 전체를 레스터화 하지만 모든 속도를 높이기 위해서 octree를 사용합니다.

RenderMan은 클라우드 내의 모든 포인트를 다 평가하지 않으며 이 방법에서 레이트레이싱을 사용하지 않습니다.

매우 큰 point clouds를 처리하기 위해서 필요할 때 읽을 수 있는 캐쉬 시스템이 있습니다. 레이트레이싱 방법과 비슷하게, 메모리 사용량을 줄이기 위해 지오메트리가 필요하지 않을 경우 다이내믹하게 내릴 수 있도록 소프트웨어가 최적화 되었습니다.

과거에는 TD들이 그 영화속 장면에 사용할 방법을 결정하기 위해서 이 두 방법들 중 하나를 선택했습니다. 예를 들어, “Wall-E”는 앰비언트 오클루젼을 위해 point clouds 방법이 사용되었으며, (영화 속 초반부에) 매우 많은 밀집한 쓰레기가 있었는데 레이트레이싱 방법을 위해서는 광선의 교차를 결정하기 위해 모든 지오메트리에 접근이 필요했습니다. 픽사 팀은 이 영화에 사용하기 위해 포인트 클라우드를 만드는 방법을 선택했습니다.

중요한 건, 위의 논의 대부분이 디퓨즈 운반에 관한 것이라는 겁니다. 더욱 일반적인 GI접근으로 범위를 넓히기 위해서는 단지 포톤 맵핑과 몬테카를로 레이트레이싱만이 커스틱스에서와 같은 스펙큘러 라이팅 효과를 위해 스펙큘러 패스나 균일한 디퓨즈를 위한 해결방법을 허용한다는 것이 언급되어야 합니다.


커스틱스는 매우 복잡하면서 필요한 이슈로 남아있습니다. 제작시 여러차례 해결되었지만 직접적으로 해결되기 보다는 특별한 경우로 더 자주 해결되는 편이었습니다.


RenderMan 팀은 직접조명을 베이킹 하거나 포톤맵핑과 같은 멀티패스 방법을 사용하기를 추천했었습니다. 하지만 RenderMan 16에서 멀티해상도 라디오시티 캐쉬가 소개되면서 훨씬 효율적이고 쉬워졌습니다.


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거의 무 조명


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공으로부터만 조명


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바운스 라이트가 없는 공들 – 반사에 주목하세요


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Final shot

픽사의 글로벌 기술 및 연구 TD인 Christophe Hery씨는 말합니다. “분명히 과거에는 전 멀티패스 접근법의 열렬한 지지자였습니다. 특히 포인트기반 기술에서요. 하지만 최근의 물리적 기반과 에너지 보존 작업을 통해(주로 ILM에 있을 때 했던 것들을 현재 Pixar에서 다시 만들고 향상시키는 중), 전 다중 중요도 샘플링이 일루미네이션을 통일하는데 매우 실용적인 솔루션이란 것을 알았습니다. 


예를 들어, 우리가 BRDF를 샘플하기 때문에 주어진 형태와 세기를 가진 스펙큘러를 발산하는 조명을 동일한 크기와 색상의 지오메트리로 투명하게 교체할 수 있습니다. 그리고 거기서 본질적으로 동일한 반사를 얻을 수 있죠(확실히 그렇게 되도록 하기 위한 결정적인 부분은 HDR텍스쳐입니다). 


흥미롭게도, 스펙큘러를 위한 가시성을 해결하는 것(MIS를 위한 레이트레이싱)이 본질적으로 디퓨즈 요소에 자유롭게 음영처리를 할 수 있게 해 줄겁니다. (PRMan 16에서 소개된) 라디오시티 캐쉬와 연계하게 되면 PBGI(포인트 기반 글로벌 일루미네이션)이나 spherical harmonics 가 쓸모없어지는 상황이 되는 걸 알 수 있을겁니다(이게 타당하려면, 거의 순수한 디퓨즈 일루미네이션이나 적어도 낮은 빈도의 light field를 가질 필요가 있을겁니다)”

Christophe Hery는 17년간 ILM에서 근무한 뒤 2010년에 픽사에 합류했습니다. 2010년에 그는 간접조명과 앰버인터 오클루전을 위한 포인트 기반 렌더링의 개발에 대해 기술성취상을 수상했습니다. 그는 산업내에서 라이팅 및 렌더링 분야의 선구적인 기술 혁신가이자 연구자로 알려져 있습니다. 그래서 fxguide 는 그에게 풀 레이트레이싱 솔루션을 점점 선호한다는 뜻인지 개인적인 의견을 물었습니다.

“네. 전 전체 산업이 그 방향으로 움직이고 있다고 믿습니다. 표준화된 BRDF와 에리어 라이트 와 함께 (MIS를 통한) 최소한의 조정으로 사실적인 이미지를 제공하게 됨으로써 아티스트들이 샷을 미화시키는데 초점을 맞추도록 해 줍니다.”

최근의 씨그라프 등에서 spherical harmonics의 사용과 같은 라이팅이 발전되어 왔습니다. 하지만 이들 첨단 접근법의 사용은 모다 완벽한 레이트레이싱 솔루션의 채용으로 인해 다소 늦춰졌습니다. Hery는 위의 견해를 부연해서:

“SH(Spherical Harmonics)은 full pre-canned 일루미네이션 솔루션으로서 단지 저주파 조명기구나 재질만을 모사할 수 있습니다. 따라서 완벽한 접근법이 아니며, 항상 다른 것으로부터 보완이 필요합니다. 또한 프리컴퓨테이션과 스토리지에 관한 중대한 문제가 있습니다. 만약 스펙큘러를 얻기 위해서 MIS를 사용한다면, 라이트 샘플링(과 추적된 가시성)도 공유해야 하고 디퓨즈를 공짜로 얻게 됩니다.”

마스터 GI 솔루션이 레이트레이스 될 때, 단계들은 마찬가지로 쉽습니다 : 추가적인 데이터를 관리할 필요가 없습니다.Hery가 다시 말합니다 :

“전체를 증분식(점차적으로 좋아지는 방식)으로 만들어 빠른 상호작용을 하게 할 수도 있습니다. 전 우리가 PRMan 16을 이용해서 카메라 광선을 추적하는게 합당한 시점에 있다고 생각하지는 않습니다(Reyes 테셀레이션에 의존하는게 낫습니다). 하지만 다른 모든 건 할 수 있죠. 반대로, PRMan의 리라이터 Lumiere 는 순수 ray-trace hider 모드에서 잘 작동하기 시작했습니다.”

Lumiere 는 RenderMan RPS의 일부로서, 개발자에게 API를 제공합니다. Lumiere는 REYES 리렌더러이지만, 또한 RAYS 리렌더링/리라이터이기도 합니다. 많은 스튜디오들이 Lumiere 내에 자신들의 인터페이스를 만들어 씁니다. Nuke 내에서 혹은 Maya내에서나 또는 단독 실행 어플리케이션으로. Lumiere는 실제로는 픽사 내의 두 가지 서로 다른 종류의 리렌더링에 붙여진 이름입니다. 둘 다 Katana스타일의 리라이팅 툴이며 인터렉티브 툴로서 픽사의 여러 내부 툴들에 사용되었습니다.


Monte Carlo ray tracer

Arnold는 몬테카를로 레이트레이서의 하나로, unbiased이며, 단방향성 확률 레이트레이서 입니다. RenderMan 과는 달리 직접 및 간접조명에 대해 레이트레이싱을 사용합니다. 하지만 초기 레이트레이서와는 애니메이션이나 움직이는 물체에 사용하기에 느리거나 어렵지 않습니다. Arnold는 VFX와 애니메이션 제작에 적합하게 고안된 훌륭한 프로덕션 렌더러입니다.(후에 설명)

Arnold는 완벽히 GI를 지원하며 제작에 필요한 유연성을 확보하면서도 놀랄 만큼 높은 수준의 사실성과 시각적 섬세함을 제공합니다.

Arnold는 광원에 대해 래스터화 트릭이나 이라디언스 캐쉬, 포톤맵핑 등을 사용하지 않습니다. 레이트레이싱 뉴스의 Eric Haines씨에 따르면, “모션 블러와 피사계 심도 효과들은 어느쪽이든 많은 샘플링이 수행되어야 하므로 래스터화의 매력을 감소시킵니다 : 이 기능들은 확률 레이트레이싱의 자연스런 일부입니다. 일종의 래스터화를 사용하는 하이브리스 시스템이 아니라는 점은 몇 가지 장점을 가집니다. 


우선, 모델의 한가지 버전만 저장이 되므로 래스터화를 위해 하나와 레이트레이서를 위해 또 하나가 저장되는 것이 아닙니다. 메모리사용량을 줄이는 것은 큰 씬을 렌더링하는데 매우 중요하므로, 이는 큰 도움이 됩니다.


Arnold는 또한 메모리 비용을 줄이기 위해서 데이터 압축 및 양자화(lower precision)를 사용합니다. 두 가지 렌더링 방법을 사용하지 않는다는 것은 다른 골치거리들을 피하게 해 줍니다. 예를 들자면 두 가지 별도의 렌더러를 유지하거나, 둘 사이의 싱크오류를 수정하거나(한 서페이스는 여기, 다른건 저기 있는), 양쪽에 일치하는 다수의 효과들을 다루는 것 등입니다.”


위의 하이브리드 접근법에서와 같은 이라디언스 캐쉬를 피하는 것은 Arnold에서 프리컴퓨테이션 시간을 최소화 한다는 것을 뜻합니다. 이는 렌더링이 프리컴퓨테이션이 완료되는 동안 기다릴 필요 없이 즉시 수행가능 하다는 뜻입니다. 프로그레시브 렌더링(이미지가 거친상태에서 시간이 갈수록 개선되는)과 결합되어, 제작 환경에서 장점을 가지며, 아티스트와 기술감독들이 더욱 빠르게 반복할 수 있습니다.



Image Based Lighting (IBL)


GI의 중요한 부분은 이미지 기반 라이팅입니다. IBL은 실세계 빛정보의 전방향 표현을 이미지에 담는 것으로서 일반적으로 세 가지 방법이 있습니다.

• 크롬볼의 브라케팅 사진촬영
• 주로 초광각이나 180도 어안렌즈를 사용하여 찍은 브라케팅 스틸 이미지 시리즈를 하나로 합치기
• Spheron Spheron과 같은 특수 스캐닝 카메라 사용

이들 HDR이미지들은 환경 맵핑과 유사하게 돔이나 반구에 프로젝트 될 수 있으며, 씬에서 오브젝트를 위한 조명을 흉내내는데 사용됩니다. 씬에 매우 자세한 실세계 조명을 가능하게 합니다. 거의 모든 현대의 렌더링 소프트웨어는 기술적으로 시스템에서 사용되는 방법은 조금씩 다르지만 이러한 이미지 기반 라이팅을 제공합니다.


아래는 Lollipop shaders Christos Obretenov의 fxphd Renderman in Production course 의 몇가지 예시입니다. 씬에는 아무 조명이 없으며, 세 이미지에서 라이팅은 클리핑되지 않은 HDR 돔 맵으로부터 얻은 레이트레이스된 디퓨즈, 바운스, 스펙큘러이며 RenderMan으로 렌더링 되었습니다. 모든 렌더링/셰이딩은 Christos Obretenov에 의해 만들어 졌습니다. Arkell Rasiah 가 HDR맵을, Jason Gagnon 이 자동차 모델을 제공했습니다.


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주요 렌더러
렌더러 시장은 세 그룹으로 나뉘어질 수 있습니다. RenderMan과 같은 스탠드얼론 패키지, 후디니 렌더러인 만트라와 같은 어플리케이션 전용 패키지, 그리고 3ds Max 에 포함된 퀵실버와 같이 어플리케이션에 번들되거나 그렇지 않은 GPU렌더러들입니다. 이들 중에서 지난 수십년간의 프로덕션 골드 스탠다드는 픽사의 RenderMan 그룹의 RenderMan이었습니다.




RenderMan – Pixar


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포토리얼리스틱 RenderMan, PRMan 은 픽사의 주요 렌더러며 세계에서 가장 영향력 있고 인정받는 렌더러 중의 하나입니다. 모든 주요 픽사 영화들뿐 아니라 이로인해 많은 아카데미 상을 받은 장편 애니메이션 영화에서 사용되었고, 다른 모든 렌더러들이 비교대상으로 삼아야 하는 최고의 하이엔드 패키지입니다.

RenderMan이란 단어가 처음 사용된 것은 1998년 RenderMan 인터페이스 사양서에서 였습니다. 엄밀히 말하자면, PRMan 은 RenderMan 호환렌더러며 픽사에서 만들지 않은 다른 RenderMan 호환 렌더러들이 있습니다.


PRMan은 REYES(Renders Everything You Ever Saw)알고리즘을 사용하지만 레이트레이싱과 글로벌 일루미네이션 알고리즘 또한 사용할 수 있는 하이브리드 렌더러입니다. 원래의 REYES렌더러는 1980년대 초반 픽사가 루카스필름의 컴퓨터 그래픽 연구 부서였을 때 Loren Carpenter와 Robert Cook에 의해 개발되었습니다. “스타트렉 2 칸의 분노(1982)”에서 놀라울 정도로 인상적이고 기념비적인 제네시스 시퀀스를 렌더링 하는데 처음 상업적으로 사용되었습니다.

CGI / VFX 산업이 태동함에 따라서, 픽사의 RenderMan은 핵심 역할을 하였고, “어비스”, “터미네이터2’’, ’’쥬라기 공원’’과 같은 전통적인 영화의 시각효과를 렌더링 하였으며 “토이스토리’’ 시리즈, “월E”, “카” 등의 장편 애니메이션과 픽사의 나머지 훌륭한 영화들에도 사용되었습니다. RenderMan은 2011년 84개의 시각효과 영화와 23개의 장편 애니메이션에 사용되었으며 10년 전에 비해 10배의 주목할만한 성장을 기록했습니다.

오늘날, 픽사의 RenderMan은 수많은 시각효과 산업을 위한 사실상 표준으로 발전하였으며, 크고 작은 스튜디오 어디에서 극장용 영화와 방송을 위한 뛰어난 그래픽을 만드는데 사용되고 있습니다. 픽사의 RenderMan은 지난 16년간의 모든 아카데미 시각효과상 수상작에 사용되었으며, 작년까지 시각효과 부문 후보 50작품 중에서 47작품에서 픽사의 RenderMan을 시각효과를 위한 렌더링 하는데 선택했습니다. 


1999년 부터 2011년까지 픽사는 5개의 오스카 기술상을 수상했으며 (시니어 RenderMan 개발자인) David Laur 씨에게 픽사의 Alfred render queue 관리 시스템에 대해서 과학 및 엔지니어링 상을 수여했고, 픽사 수장 Ed Catmull씨에게 픽사 RenderMan을 위한 그의 업적을 포함해 컴퓨터 그래픽 분야의 기술 공헌과 리더쉽에 대하여 고든 E. 소이어 상을 수여했습니다.

오늘날 PRMan은 픽사에서 나온 모든 작품을 렌더링하는데 사용되며 다른 스튜디오에서도 RenderMan Pro Server나 Maya를 통해서 상용 렌더러로 사용되고 있습니다. 또한 랜더팜 큐 관리 소프트웨어와 학생 및 교육용 버전도 나오고 있습니다.


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Copyright Disney/Pixar.




RenderMan의 역사



1988년에서 1995년까지의 초기


· 픽셀 정도의 크기로 마이크로폴리곤을 사용하여 곡면 서페이스를 렌더링
· 원래는 레이트레이싱을 사용하지 않았으나, 2002년에 추가되면서 RenderMan을 하이브리드 렌더러로 만듬
· 하이레벨 프리미티브를 사용함. 지오메트리가 화면 공간에서 테셀레이트 되며, RenderMan에 스피어를 렌더링 하라고 명령하면 해당 위치에 스피어를 정의할 필요가 없음
· 처음부터 랜더팜에서 씬을 병렬 연산하기 매우 좋게 고안되었음. 타일 접근법이었으며 따라서 타일당 전체 지오메트리의 일부분만 사용하므로 매우 효율적임
· 확률 (랜더마이징)샘플링을 사용 – 초창기에도 이펙트 작업에 매우 효율적이도록 모션블러가 채용되어 라이브 액션과의 통합이 더욱 자연스러움
· 디스플레이스먼트 매핑에 적합함


1995
“토이스토리”가 소개되었으며 RenderMan에 64비트 지원이 추가되었고 RenderMan 툴킷 3.5가 나왔음


2001
“몬스터 주식회사”가 개봉하였고 퍼 및 헤어를 렌더링 하기 위해 리커브 프리미티브가 추가됨


2002
“니모를 찾아서”가 개봉
RenderMan Pro Server 11에 레이트레이싱이 채용됨. 레이트레이싱 뿐 아니라 앰비언트 오클루젼과 딥섀도우맵이 포함된 중요 버전이었음


2004
영화 “인크레더블”에서 앰비언트 오클루젼을 위해서 픽사에서 첫번째로 레이트레이싱의 광범위한 사용이 됨


2005
가속 레이트레이싱이 영화 “카”를 위해 소개됨. “카”는 컬러블리딩, 라디안스나 라디오시티 효과 없이 순수 레이트레이싱을 사용하였음. 레이트레이싱은 정확한 날카로운 반사와 그림자를 제공하였으며 탁월한 앰비언트 오클루젼으로 매우 사실적인 자동차 페인트 텍스쳐를 제공


2006 – 2007
Brick maps과 포인트 기반 컬러 블리딩이 채용됨
정교한 음식 장면에 근사한 섭서페이스 스캐터링이 사용된 “라따뚜이”가 개봉됨. 다만 영화가 새로운 brick map과 포인트 기반 컬러 블리딩보다 먼저 나오는 바람에 단지 일부 빛나는 냄비와 팬 장면들에만 사용되었고 영화 전체에 널리 사용되지는 않음.


2008
Brick maps가 매우 많이 사용된 “Wall-E”가 개봉함


2009
Pro Server 15버전이 출시되었고 처음으로 PTex가 지원됨


2010 – 2012
오늘날 PRMan은 딥 컴포지팅과 새로운 레이트레이싱 hider, 라디오시티 캐쉬, 물리적으로 사실적인 셰이딩을 지원합니다. 여전히 하이브리드 랜더리이지만 16버전에서는 단지 레이트레이스만 사용하고 REYES알고리즘을 사용하지 않을 수 있습니다. 이게 REYES접근법이 폐기된다는 의미는 아닙니다. 


픽사의 RenderMan 기술 마케팅 전문가 Dylan Sission에 따르면, “오늘날엔 이전보다 더 복잡한 씬들이 순수한 레이트레이싱으로 다뤄질 수 있습니다만 모든 씬이 그런 건 아닙니다. 주어진 씬의 특별한 요구사항에 따라 유용한 다른 기술과 툴을 위한 부분이 있으므로, RenderMan 팀은 사용자에게 많은 변형된 접근법을 제공함으로써 사용자들이 선택할 수 있도록 하는 역할을 합니다.”

Pixar Toy Story 3 shot progression


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스토리보드 시작


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색상 디자인

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No Global Illumination

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Final GI image. All images © Disney/Pixar




현재 개발진행



오늘날 웨타 디지털과 같은 일부 회사들은 ‘올인원’ 레이트레이싱을 하기에 너무 복잡한 씬들을 가지고 있습니다. 이들의 작업중 일부에는, 레이트레이싱이 해결책이 못됩니다. Sisson 씨가 말합니다. “만약 웨타와 같이 정말로 매우 큰 데이터 세트를 만들어 내는 회사를 본다면, 그들이 만든 데이터 세트의 크기에 기절하게 될겁니다. 그러니 그런 최고수준의 스튜디오들은 레이트레이싱을 사용해 렌더링 할 수 없는 씬들에 대해서 포인트 기반의 솔루션을 위한 자리가 있을 겁니다. 하지만 반대로, 레이트레이스된 GI가 완벽히 맞는 장면들의 종류가 점점 많아질 겁니다”

레이트레이싱을 사용하느냐 마느냐는 이미지 렌더링 시간에 직접적인 영향을 줍니다. 따라서 RenderMan 팀의 엔지니어들에게는 성능이 큰 이슈입니다. “만약 새로운 라디오시티 캐쉬의 성능을 본다면, RPS 16은 RPS 15에 비해서 우리가 테스트한 일부 씬에서는 40배까지 빠릅니다. 그러므로 RPS 16은 정말 빠르죠” Sisson 씨가 말합니다.

현재 RenderMan은 RenderMan for Maya 4.0, RenderMan Studio 3.0 및 RenderMan Pro Server 16.0으로 출시되어 있습니다. RPS 16은 RenderMan에서 역사적인 버전입니다. 이 버전은 단순히 뭔가 추가되었을 뿐만 아니라 RenderMan 역사에서 여러 새로운 장을 위한 기반작업이란 점에서 중요합니다. RPS 17이 2012년에 출시될 예정이며, 16버전 위에 매우 잘 건설되어 질텐데, 특히 볼류메트릭, 포톤맵핑과 오브젝트 인스턴스 등과 관련하여 향상된 레이트레이싱을 제공하게 될겁니다.

Sisson씨가 말합니다. “RPS 16은 기반이 되는 버전입니다. 우린 레이트레이스된 GI와 레이트레이스된 섭서페이스 스캐터링과 같은 더 비싼 효과들이 VFX제작에 더 많이 채용될 것이며, 심지어 표준이 될 것이라는 예상을 하고 있습니다. 우린 RPMan이 이러한 효과들을 계산하는데 매우 뛰어나게끔 만드려 애쓰고 있습니다. 


따라서 라디오시티 캐쉬, 사실적인 셰이딩, 레이트레이싱 하이더 등을 장착하였고, 레이 트레이스된 라디오시티, 인터렉티브 리렌더링 등 렌더링을 위한 견고한 기반을 만들고 있습니다. 우린 사람들에게 훌륭한 툴상자를 제공하고 싶습니다. 그래서 여러분이 한방에 모든걸 렌더링하고 싶을 때도 훌륭할 뿐 아니라, 씬을 나눠서 여러 번 렌더링하고 싶다면, 그것도 가능합니다. “

비록 RPS16이 여전히 REYES알고리즘에 기반하고 있지만 픽사 팀은 가장 복잡한 제작씬을 처리하는데 RenderMan의 명성을 유지시키면서도 다양한 레이트레이싱 툴로 PRMan을 확장시켰습니다. 빛의 특성과 다중 해상도 텍스쳐와 테셀레이션 캐쉬를 사용해서, 매우 복잡한 씬을 레이트레이스 할 수 있으며 높은 수준의 라디오서티 리얼리즘을 프로덕션에서 사용할 수 있습니다.

다음 두 질문을 이끌어냅니다 – 왜 이런식으로 가며 어디로 향하는가?


· 왜 레이트레이싱을 추가하나요? 어떤 바람직한 특수한 효과들, 예를들면 정교한 환경 반사, 상호반사, 굴절, 컬러 그림자 들은 쉽게 일반적인 추척 시설로 처리할 수 있습니다. 또한 포톤맵을 생성하는데도 동일한 내부 시설들이 필요합니다. 픽사는 글로벌 일루미네이션을 사용합니다 (다시 말하면, RenderMan은 이미 레이트레이싱을 갖췄고, 얼마전부터 새로운 작업을 만들고 있습니다).


· 그러면 PRMan이 레이트레이싱 렌더러에 의해 대체되나요? 픽사의 현재 PhotoRealistic RenderMan 제품은 새로운 기능들이 통합되면서 레이 트레이스된 셰이딩을 추가하였습니다. PRMan은 계속해서 대규모 제작 씬을 다루는데 성공적이었던 픽사의 고도로 진화한 REYES알고리즘의 기반에 있을 것입니다. 


사실, 픽사는 레이트레이싱과는 별도로, 때때로 자신들의 장편 영화에서의 필요에 따라서 핵심 렌더러에 계속해서 흥미로운 새로운 기능을 추가하고 성능을 향상시킵니다. 레이트레이싱은 언제나 REYES의 일부였던 트레이싱 계획하에 만들어진 진보된 형태로 셰이더 작성자의 툴킷에 추가되어 왔습니다. PRMan은 여전히 전과 마찬가지로 렌더링을 위한 기초를 효과적으로 설정하지만, 이제 그 기초 위에 실행되는 셰이더들은 씬의 다른 지오메트리를 검사하기 위한 여러가지 내부적 레이트레이싱 작업도구를 사용할 능력을 가집니다. 


오랜 PRMan 사용자들이 배우고 익힌 이 기술은 계속해서 유용하고 효과적일 것이며, 레이트레이싱은 단지 약간의 트릭을 추가하는 것입니다. 사실 많은 씬들은 레이트레이스 효과를 추가하는 것으로부터 많은 이득을 얻지 못합니다. 하지만 완전히 통합된 방식으로 요구될 때 이제 추가될 수 있습니다.


PRS 16 이전에 레이트레이싱이 영화속에 사용된 예는 ‘카’ 와 ‘카2’가 있습니다. 차들 속에서 날카로운 자동차 반사는 레이트레이싱으로 생성되었으며, 이 알고리즘의 복잡하고 드문 더 좋은 예는 자동차 관중 배경씬 입니다.

거대한 배경 관중들을 생성하기 위해서는, 수많은 수의 차들이 필요합니다. 픽사는 Massive, Houdini와 Marionette(그들의 인하우스 애니메이션 시스템)를 사용해서 스탠드의 자동차 관중들을 만들었습니다. 자동차들을 렌더링 하기 위해서 “Shrink-wraps” 라고 불리는 기술을 개발했습니다. 픽사는 ‘카’ 와 ‘카2’에서 자동차 군중을 위해 자동차 모양으로 단순화된 큐브인 ‘수축포장’에 디스플레이스먼트를 사용했습니다. 


기본적으로 군중 자동차들은 전체 모델 계층구조가 바디는 박스형태로, 바퀴는 4개의 실린더로 뭉쳐졌고, 이들 기본 단순 형태는 별도로 먼저 트레이스된 ‘영웅차량’들의 모양이 디스플레이스 되었습니다. 이들 ‘영웅차량’들의 모델은 트레이스 된 스피어 내에 위치하였고, 훨씬 무거운 지오메트리와 같아 보이도록 디스플레이스 시키기 위해 매우 단순한 형태에 데이터가 적용되었습니다. 이들 ‘군중차량’들은 매우 빠르게 렌더링 되며 지오메트리는 상대적으로 매우 작습니다.


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Download Video The Shrink-wrap technique.


Sisson 씨가 설명합니다. “이건 RenderMan으로 할 수 있는 정말 멋진 것 중 하나입니다. 여러분이 재미난 자산들을 생성하도록 해 주는 임의의 셰이더를 작성할 수 있습니다. 자동차를 위한 ‘수축포장’을 만들기 위해서 팀은 “기본적으로 가상의 구를 실제 차 모델(영웅 차랑)주위에 배치시키고, 구 내부로 노말을 따라서 자동차에 부딪힐 때까지 추적하기 위한 셰이더를 사용했습니다. 그런 다음 디스플레이스먼트를 위한 32비트 float 맵을 생성하기 위해서 그 거리를 돌아가 보고하게 됩니다. 이는 RenderMan에서 레이트레이싱이 얼마나 유연한지를 보여주는 좋은 예시입니다. – 이건 단지 빛을 비추고 색상을 가져오는 게 아니라 – 광선이 이들 수축포장들과 같은 임의의 수의 데이터를 생성할 수 있다는 점입니다.”

그런 다음 차들은 색상 등에 랜덤화 시켰습니다. 최종 효과는 메모리 요구사항이 극도로 효율적인 드라마틱하게 가벼웠으며 렌더링이 빨랐습니다. 예를 들어 200대의 일반적인 차량은 59:24초에 렌더링 될 수 있었으며(멀리 있는 차들) 수축포장 접근법을 사용해서는 00.51초밖에 안걸렸습니다. 그리고 3.8GB의 PRMan메모리가 수축포장 ‘트릭’으로는 단지 61MB 가 되었습니다.

수축포장의 사용은 오목하거나 투명한 모델에는 적합하지 않았습니다. 많은 차량들의 사이드 미러들은 차이점을 볼 수 있는 주요한 부분이었는데, 와이드 군중 샷에서는 받아들일만한 제한입니다. 무거운 디스플레이스먼트는 또한 라이팅과 텍스쳐 필터링으로부터 렌더링 시간에 문제를 발생시킬 수 있습니다. 하지만 픽사는 배경 캐릭터들로는 이들 작은 부분들은 받아들일만 하단 걸 발견했습니다.

그러나 그 순수 결과는 매우 효율적이며, 아직 그 기술은 2006년으로 거슬러 올라가며, RenderMan에서 레이트레이싱의 유연함을 증명합니다.

2011년 RenderMan 내에 레이트레이싱의 장착을 위해서, 픽사의 엔지니어들은 중요도 샘플링이나 ‘다중 중요도 샘플링’(표면들과 조명들 둘 모두로부터 샘플링을 하고 매우 빠르면서도 노이즈와 오류를 줄이도록 스마트한 방법으로 셰이더 내에 결과를 병합하는 방법) 을 사용합니다.


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Importance sampling
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필요한 곳에 더 많은 샘플들
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더 나은 결과를 만들어 냄

중요도 샘플링은 여러분이 씬내에 얼마나 많은 광선을 비출 것인지 결정하고 필요이상의 광선을 비출 필요가 없게 만드는 과정의 일부입니다. 이는 레이트레이싱이 비싼만큼 매우 중요하지만, 너무 적은 광선은 노이즈를 만듭니다. 중요도 샘플링의 포인트는 따라서 더 많은 광선을 제공하되 어디에 제공할 것인가 하는 것입니다. 문제는 일반적으로 필요한 결과에 도달하기 위해 필요한 숫자의 샘플을 사용하는 것이 너무 비싸며, 적은 수의 샘플은 이미지 내에서 눈에 보이는 노이즈의 대가로 나타납니다. 중요도 샘플링은 Brute Force 접근법을 줄입니다.

이 모두는 새이더를 작성하는데 영향을 주며, 언급한 다른 것들에 더해서, RPS 16 RenderMan은 셰이딩 언어에 글로벌 일루미네이션 효과를 계산하기 위한 새로운 툴을 가졌습니다. 


Sisson 씨가 말합니다. “예를 들어, 만약 Area라이트를 만들고 싶다면, 그런 종류의 계산을 몇 번의 단계로 줄일 수 있는 서페이스 셰이더가 있습니다. 초기에는, 우린 앰비언트 요소, 디퓨즈 요소, 스펙큘러 요소를 가진 셰이더를 가졌습니다만, 이들은 셰이더 덩어리를 만들었습니다. 시간이 지나 더 많은 기능이 추가되었습니다. 


새로운 기능은 셰이더가 앰비언트 오클루젼과 같은 새로운 효과들을 계산하도록 만들었습니다. 하지만 또한 셰이더에 비용도 추가되었습니다. RPS 16에서 우리는 셰이더들이 만드는 계산을 통합하는 더 좋은 방법이 있는지 문의했습니다. 우린 직접광과 스펙큘러광을 위한 새로운 요구도 만들었습니다. 그래서 뷰에 독립적인 라이팅(디퓨즈)은 라디안스 캐쉬에 의해 재사용될 수 있고, 뷰에 의존적인 라이팅(스펙큘러)은 재계산될 수 있습니다. 


이게 16 에서 레이트레이스된 GI가 매우 빠른 이유 중 하나입니다. 이후 3~4년간 사람들은 RPS 16의 새로운 기능들에 더 익숙해지고 있습니다.” 올해 안에 RPS 17과 RMS 4.0이 출시될 것으로 Dylan Sisson이 말합니다. 


현재 RMS 3.0은 RPS 15의 내부 레이트레이서를 가지고 있습니다. “우린 출시를 준비중이며 이번에 RMS 4.0은 내부적으로 RPS 17 렌더러를 가질 것입니다 – 그러니 완전한 업그레이드지요. 이 버전은 16과 17에 포함된 수많은 기능들을 직접 지원할 것이며, 일반 사용자들이 이 새로운 기능들을 사용할 수 있게 만들겁니다.”


오랜 동안, RenderMan은 성장과 발전을 계속하고 있지만 픽사 역시 많은 다른 회사들처럼 일반적인 제작 커뮤니티의 전반적인 경기에 어느정도 매여 있습니다. 운좋게도, 세계적으로 좋아지고 있습니다. 픽사는 수년 전 GFC의 경제 위기로부터의 시장회복을 주시했습니다. 그리고 Sisson 은 말합니다. “우린 더 많은 제작과 더 많은 성장을 예상하고 있습니다. 산업의 맥박이 예전보다 훨씬 강하게 뛰고 있고 판매에도 반영될 거라고 예상합니다.”


Arnold – Solid Angle
가장 흥미롭고 성공적으로 성장하고 있는 렌더러는 Arnold입니다. 완전한 레이트레이싱 솔루션으로서 지난 수 년 동안에 특히 대규모 VFX영화나 장편 애니메이션등의 하이엔드 분야에서 커다란 신뢰를 얻었습니다. 소니 픽쳐스 이미지웍스가 이 제품의 전문적 채용을 위한 촉매였습니다만, 그 사용과 명성은 Digital Domain, ILM, Luma Pictures, Framestore, Digic Pictures 등 다른 회사들에서 꽃을 피웠습니다.

이 제품이 ‘핫’하지만 아직은 희한하게도 이용할 수 없습니다. Solid Angle 웹사이트를 방문해 보면 단지 로고만 보일 겁니다(그리고 방정식도 하나 찾을 수 있습니다). 판매 페이지도 없고, 스펙도 없고, 광고도 없으며, 사용자 스토리도 없고 아무것도 없습니다. 여전히 이 프로그램은 많은 이들에 의해 매우 중요하게 여겨지고 있으며, 그 채용이 하이엔드 업체들 사이에서 입소문으로만 퍼지고 있습니다.

Arnold는 스페인 사람인 Marcos Fajardo가 미국에 사는 동안에 시작되었습니다. 현재 Fajardo는 Solid Angle에서 “Arnold”의 수석 설계자이며 이 회사는 다시 유럽에 기반을 두고 있습니다.




Arnold의 역사



1997
1997년 Fajardo가 24살 때 사진만의 렌더러를 만들기로 결심합니다. Arnold가 될 뭔가의 골격은 1997년에 시작되었습니다.


Eric Haines (Ray Tracing News)가 인터뷰한 내용에 따르면, 1997년 씨그라프 동안에 Marcos가 그의 친구 집 마루에서 잠을 자고 있었습니다. 이 친구들이 그를 다른 친구들에게 소개했는데, 그들 중 한 명이 블루 스카이 스튜디오에서 애니메이터로 일하던 Justin Leach 였습니다. Justin은 Fajardo가 렌더링을 한 것을 알고 블루 스카이 렌더러의 오리지날 개발자 중 한 명이자 공동 설립자인 Carl Ludwig 에게 소개를 하였습니다. 


사람들 말에 따르면 Ludwig은 훌륭한 사람이었고, Fajardo에 구경을 시켜주면서 레이트레이싱에 관해 잠시 잡담을 하였습니다. 블루 스카이 스튜디오는 모든 렌더링에 (고전적인, 나중에는 다소 몬테카를로) 레이트레이싱을 사용하는 첫 번째 회사였습니다. Fajardo는 그들의 이미지, 특히 John Cars의 하늘에서 내려오는 일루미네이션을 렌더링한 것을 보고 감동받았습니다. 이들 이미지는 그에게 완전한 확률 레이트레이싱이 잘될거란 확신을 줬습니다. 블루스카이의 “버니”는 확률레이트레이싱으로 작업되었지만 버니 자체는 간접광을 갖지 않았습니다(당시에는 너무 비쌌으므로). 1998년 당시, unbiased Monte Carlo 라디오시티를 아마 처음으로 사용한 영화일겁니다.

1999
렌더러가 대체로 페인트 프로그램과 같은 최종 제품이 아니었습니다. 따라서 많은 면에서 이는 API였고 모델을 렌더링하기 위해서는 프로그램을 엑세스 시키면 그 과정에서 애니메이션이 생성되어 나왔습니다. 그로 인해 Arnold는 초기에는 RenderAPI라고 불렸습니다. 하지만 1999년에 Fajardo가 LA에서 Station X Studios와 일을 하였는데, 어느 날 밤 두 명의 친구와 아놀드 슈워제네거의 영화 ‘엔드 오브 데이즈’를 보러 갔습니다. Haines에 따르면, Fajardo의 친구가 극장 뒤에서 아놀드의 발음을 흉내내서 관객들을 웃겼다고 합니다.


Fajardo는 슈워제네거의 독특한 목소리를 알아차리지는 못했습니다, 왜냐면 스페인에서 슈워제네거의 영화를 한 번밖에 못봤는데 스페인어로 더빙되어 있었기 때문입니다. “그들은 단지 그를 흉내내었죠. 그리고 그들 중 하나는 스탠드업 코메디언이었는데 매우 잘했어요,” 그는 웃으며 회상했습니다. 극장에서 그의 친구들 중 하나인 Andy Lesniak이 농담삼아 “Arnold”를 제안을 했고, Fajardo가 좋아했습니다. “그래서 내가 생각했죠. 젠장, 이걸 Arnold라고 부르겠어. 근데 나중에 바꿀거라고 예상했지만 그러지 안았죠.” 이 코드네임은 사람들에 의해 알려졌고, 그 이름이 굳어져 버렸습니다.


2001
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Still from 50 Percent Grey.


2001년 “50퍼센트 그레이”라는 애니메이션 영화가 오스카에 노미네이트 되었습니다. 그 제품에 중요한 순간이었습니다. “네, 제 친구중 하나였던 Ruairi Robinson이 혼자서 3ds Max로 작업을 하고 있었고 당시 다른 친구가 개발한 3dsMax 플러그인이 있었죠.” 


렌더링에는 Arnold만 사용되었습니다. Arnold의 힘과 속도를 보여준 핵심적인 실례 였습니다 : 적은 CPU예산으로도 고품질 이미지를 만들 수 있는 레이트레이싱을 보여주었습니다. 그것도 단지 혼자서 – 최종적으로는 사운드를 Cinesite에 보냈고 그들이 전문적으로 사운드 작업을 했지만 기본적으로 한 두대의 컴퓨터를 사용한 1인 작품이었습니다.

전체 영화를 단지 몇 대의 컴퓨터에서 완전히 레이트레이싱 된 글로벌 일루미네이션으로 렌더링 하는 것은 상당히 - 그 영화의 감독에겐 낭비가 아니었습니다. 실제로 그 감독은 Fajardo를 2001년 오스카에 그와 함께 참석하도록 초대를 했습니다.


“그는 내게 감사하고자 했어요. 그래서 그 때 처음이자 유일하게 오스카에 초대받았어요. 정말 재미있었죠.” Fajardo가 회상합니다.


당시 Fajardo는 마리나 델 레이에 있는 ICT에서 Paul Debevec을 위해 일했습니다. Fajardo는 파르테논 프로젝트를 Paul Debevec과 함께 했는데 모두 Arnold로 렌더링 되었습니다.

2003 – 2004
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Still from Cloudy with a Chance of Meatballs.


2001년 섭서페이스 스캐터링에 대한 핵심 논문이 발표되었습니다. Fajardo는 그가 여기에 대해 처음으로 본 2000년의 Henrik Wann Jensen의 논문 하나를 기억했습니다. 하지만 오브젝트의 표면에 일루미네이션 프리컴퓨팅을 한 다음 세컨더리 과정으로 통합을 시키는 방법을 통해 그걸 더욱 효과적으로 만든 것은 2001년에 나온 후속논문이었습니다. 


“제가 두 번째 논문을 읽을 때, 처음 읽었을 때는 이 기술적인 논문으로 무슨일이 일어날 지 이해하지 못했어요. 이건 정말 너무 수학적이었거든요. 전 ‘좋아, 이건 멋지지만 관심없어’ 라고 했었죠. 하지만 몇 번 더 읽고나서 알아챘죠. - 그 때 컨퍼런스에 참석했고 몇몇 다른 논문을 경청했습니다 - 하지만 그걸 알아채고서 전 매우 흥분했어요. 


전 실제로 그 기술을 이해했고 이건 정말 멋지고 매우 쉬워서 곧바로 프로그램으로 만들거라고 생각했었죠. 그래서 노트북을 열어서 30분만에 Arnold에 장착을 했죠.” Arnold가 사용된 첫 번째 메이저 영화는 Fajardo가 Sony Pictures Imageworks(SPI)에 왔을 때 ‘하늘에서 음식이 내린다면’ 이었습니다.

2004년에 Fajardo는 센츄리 시티에서 있는 SPI에 합류했습니다 – 당시 Sebastian Sylwan는 그의 룸메이트였지만 – 현재 웨타 디지털의 CTO입니다, 하지만 그 때 그는 ICT를 위해서도 일을 하고 있었고 Sylwan 과 Fajardo는 마리나 델 레이에서 ICT의 오래된 건물 맞은편에서 함께 아파트에 살았습니다. Fajardo의 소니에서의 시간은 결정적이었으며 매우 영향을 주어서 현재 Arnold는 SPI가 사용하는 유일한 렌더러입니다. 거기서 그는 소프트웨어의 개발을 계속했지만 ICT와 협상을 했던대로 회사 밖에서는 그가 Arnold의 권리를 가졌습니다.


2012
Solid Angle은 현재 16명의 직원이 있고 그들 중 절반은 핵심 렌더러에서 일합니다. “사람들을 고용하는 걸 멈출수가 없는 것 같아요” Fajardo가 말합니다. “메이저 스튜디오와 또 다른 거래를 할 때마다 전 또 다른 엔지니어를 고용하는 것 같습니다”

16명 중에서 12명은 마드리드에 있고 나머지는 런던(프레임스토어 내에)이나 샌프란시스코, 유타 등지에서 원격근무를 합니다. 왜 유나냐고 물었습니다. “유타는 컴퓨터 그래픽의 역사적 장소 중 하나입니다. Ed Catmull 이 유타에서 시작했고, 수많은 역사와 훌륭한 대학이 있죠. 그리고 사실 유타는 수년전 레이트레이싱 연구의 중심이 되었습니다. 


Nvidia가 2008년 Rayscale이라는 작은 회사를 인수했습니다. 그들은 유타대학 출신들이죠. 레이트레이싱 분야에 유타 대학을 나온 정말 좋은 학생들이 많습니다. 정말 훌륭한 연구원인 Peter Shirley (유타 대학 컴퓨터학부 부교수)도 있습니다. 그는 제 커리어에서 제가 가장 많이 배운 연구원 중 한 명이에요. 그는 샘플링과 컴퓨터 그래픽의 신들 중 한 명이죠. 그 그룹을 이끌고 있는 사람이구요.”

다양한 집단처럼 보이지만, 인재는 찾아내기 힘들다고 Fajardo가 말합니다. “최고의 인재가 있는 곳으로 그냥 가세요. 효율적인 몬테 카를로 레이트레이서를 작성하기는 정말 힘듭니다. 이 일을 정말 잘할 수 있는 사람은 전세계에서 몇 명 안됩니다. 우린 그들이 어디에 있건 찾아내야 합니다.”


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Arnold는 현재 전세계의 많은 회사에서 사용되고 있습니다 – Sony Pictures Imageworks, Framestore, Whiskytree, Luma Pictures, Digital Domain 과 ILM. 흥미로운 것은 ILM은 RenderMan의 영구 사이트 라이선스를 가지고 있으며 초가 단계에서부터 매우 밀접하게 관련되으며 픽사 또한 루카스필름 으로부터 분사되었다는 점입니다. 


ILM은 the foundry로부터 구입한 Katana를 연구하게 되면서 Arnold로 왔습니다. 그리고 Katana는 Arnold와 매우 잘 맞습니다. John Knoll은 그가 이걸 사용해 보기로 결정했다고 말했습니다. “미션 임파서블 4 : 고스트 프로토콜”의 마지막 부분 자동차 주차장 시퀀스에서 사용하였습니다. “여러분이 생각할 수 있는 거의 모든 메이저 스튜디오들이 Arnold를 사용하고 있거나 검토하고 있습니다” Fajardo씨가 얘기합니다.

이 렌더러가 사용된 다른 영화들은 “토르”, “캡틴 아메리카”, 개봉예정인 마블 영화 “어벤저스”, “앨리스 인 원더랜드(와 수년간의 거의 모든 소니픽쳐스 영화들)”, “엑스맨: 퍼스트 클래스”, “레드 테일스”, “언더월드:어웨잌닝” 과 프랑스의 Mikros Image의 수상작 Bear광고와 같은 작품등이 있습니다. (fxguide.com에서 거의 모두 살펴본 것들입니다)

Arnold는 필름이 아닌 게임 시네마틱 분야에 큰 고객을 하나 가지고 있습니다. 헝가리의 Digic Pictures는 세계에서 세손가락에 꼽히는 시네마틱 회사중 하나입니다. 이 회사의 첫번째 프로젝트는 AC:Brotherhood로 2010년 중반에 나왔으며 최근에는 Mass Effect 3가 있습니다. 시네마틱은 일부 FumeFX볼륨 랜더를 제외하고는 전부 Arnold로 렌더링 되었습니다. FMX에서 그들은 풀HD프레임 캐릭터 랜더가 단지 45분에서 3시간 걸렸고(얼굴 클로즈업) 배경은 30분에서 2시간 걸렸다고 언급했습니다.

“하지만 라이팅은 간접조명(커다란 사각형 Area라이트가 창문 뒤에 위치하고, 나머지는 거의 모두 간접조명)에 기반해서 매우 무거웠으며 이로 인해 평소보다 많은 GI샘플링이 필요했다는 걸 명심하세요. 그리고 단지 최종 렌더에서만(그리고 일부 테스트는 1080p HD로 렌더링 되었고, 그 전에 렌더링과 합성은 720p에서)”



하지만 모든 성공에도 불구하고, Solid Angle의 마케팅 프로그램은 거의 존재하지 않습니다. 이 회사는 “최고의 스튜디오에서부터 아래로”의 방식으로 너무 빠르게 성장하지 않도록 신중한 시도로 일하고 있습니다. 


이 회사는 모든 고객들을 알고 높은 수준의 지원을 제공하고자 합니다. “큰 회사들에게 많은 수의 라이선스를 팔고 좋은 품질의 지원을 제공하는 것은 수천명의 개인들에게 수천개의 라이선스를 파는 것 보다 훨씬 쉽습니다. 후자의 경우는 저와 저의 작은 회사에서 훨씬 많은 지원을 해야 하니까요. 언젠가는 우리도 큰 고객에서 작은 스튜디오들에게로 가겠지만 현재는 잘 되가고 있습니다. “




Arnold의 심장에서는 무슨 일이 벌어지나



근본적으로 Arnold는 레이트레이서이며 가능한 효율적으로 영화와 미디어 제작을 위한 레이트레이싱을 풀려고 시도합니다. 약간의 트릭과 가능하다면 엔드유저로부터의 차선책을 이용해서 말이죠. “우리는 라디안스 방정식을 풀려고 노력할 뿐입니다. 어떤 종류의 프리컴퓨테이션이나 프리 패스 없이 즉시 말이죠.” Fajardo가 설명합니다. 


“그래서 우리는 단지 주변의 수많은 광선을 추적하고 정확한 해답을 얻기를 희망합니다. 목표는 주어진 품질에 맞게 상대적으로 적은 수의 광선을 추적하도록 최적화된 시스템을 디자인 하는 것이며 레이트레이싱은 매우 빨라질 필요가 있습니다.


몬테카를로 방정식들을 최적화시키고 또한 코드를 매우 빠르게 만들기 위해서 양쪽 수학적 과정들을 가지고 렌더러를 최적화 시키려고 노력하는 것 – 광선의 속도와 개수 두 가지에 대해 – 이게 우리가 매일 하는 일입니다.”

Arnold는 단지 하나의 작업에 초점을 맞출 때에 매우 잘 최적화할 수 있습니다 : 영화를 위한 뛰어난 이미지들. Arnold 팀은 다양한 용도와 산업 어플리케이션을 커버할 수 있는 일반 목적의 렌더러를 만들려고 하지 않습니다. RenderMan 처럼 매우 목표있는 사용자층을 염두에 두고 견고하게 개발되었습니다. 다른 레이트레이싱 제품들이 있지만 그들은 대게 자동차 디자인, 산업이나 건축 디자인에 사용되기를 원합니다. Arnold는 그렇지 않습니다.

“그 효율적인 시스템 덕분에 그 시스템을 실제로 사용할 수 있습니다. 수년동안 우리는 레이트레이싱을 프로덕션에서는 사용할 수 없다고 믿어왔습니다. 그게 단지 유산이며, 소프트웨어가 준비되지 않았을 때부터요.” Fajardo가 말합니다. Solid Angle은 Arnold가 프로덕션을 위한 준비가 되도록 열심히 일했고 독점적인 토대에서 매일 제작에 사용될 수 있게 되었습니다. “마침내 성과를 올리고 있습니다. 수많은 일을 해왔지만 이제야 성과를 내고 있습니다.”

흥미롭게도, 레이트레이싱의 많은 초창기 문제들 – 샘플링 문제들, 수학적 접근들은 가끔씩 알려져 왔습니다. 그리고 기본 방정식은 픽사에 의해 80년대에 Robert Cook의 분산 레이트레이싱이라 불리는 세미나 논문(Cook, Carpenter, Porter Siggraph 1984)에서 제시되었습니다.


“레이 트레이싱은 컴퓨터 그래픽에서 가장 우아한 기술 중의 하나입니다. 그림자, 반사와 굴절된 빛을 포함하여
다른 기술로는 어렵거나 불가능한 많은 현상들은 레이트레이싱에서는 간단합니다.
하지만 빛의 방향은 정밀하게 결정되었으며 이는 레이트레이싱의 능력을 제한하였습니다. 그들이 샘플링하는 분석 기능에 따라서 빛의 방향을 분산시킴으로서, 레이트레이싱은 모호한 현상들을 포함할 수 있습니다. 이는 모션블러, 피사계심도, 반영, 반투명, 퍼지 반사들과 같이 예전에는 해결하지 못하거나 부분적으로만 해결했던 일부 문제들에 정확하고 쉬운 해결책을 제공합니다.”
- Excerpt from the Abstract of Distributed Ray Tracing, 1984.
논문으로 발간된 초기 방정식이 Arnold를 위한 시작점이었습니다. Fajardo는 말합니다. “그것들은 나중에 1986년 Jim Kajiya에 의해 정리되었는데 그게 그 방정식입니다 – Jim Kajiya에 의한 ‘렌더링 방정식’ 논문은 오늘날 우리가 라디안스 방정식이나 간단히 랜더링 방정식이라 부르는 방정식들의 전체 세트를 펼쳐주었습니다. 이게 우리가 풀려고 노력하는 것이며 렌더링된 우리 이미지에서 여러분이 보는 모든 것을 포함합니다: 안티알리아싱, 소프트섀도우, 글로벌 일루미네이션, 모션 블러, 글로시 반사 - 이 모든 것이 그 방정식에 있습니다.”

Fajardo의 회사 이름은 이 방정식에서 발견됩니다. 만약 radiance 단어의 정의를 찾아본다면, “특정 영역으로부터 나와 지정된 방향에서 주어진 Solid Angle 이내에 떨어지는 빛의 양 “으로 대략적으로 설명되어 있을 겁니다.

그 렌더링 방정식 자체는 한 지점에서 라디안스는 광학 추정 하에서 방출된 것과 반사된 라디안스의 합계로서 주어진다는 적분 방정식으로 정의됩니다.

이는 David Immel et al.and James Kajiya in 1986 에 의해 컴퓨터 그래픽에서 동시에 소개되었습니다.

만약 그들의 간단한 웹사이트에 있는 Solid Angle로고를 클릭하면 이 방정식이 나타납니다.

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Solid Angle 웹사이트 홈에서.


하지만 20년 동안 자유롭게 출간되어온 그 방정식을 아는 것과 엄청난 경쟁을 가진 시각효과 세계에서 제품으로 가능하도록 하고 발전시키는 것은 다른 얘기입니다.

명백히 Arnold는 이 방정식의 매우 좋은 결과물입니다.

Fajardo에게 그들의 결과물에 관해 문의했습니다. “Arnold의 바탕은 그저 몬테 카를로 통합이고, 이는 해결해야할 복잡한 문제가 있다는 말인데 어떻게 이걸 해결하나요? 해답은 단지 주사위를 여러 번 던지는 것입니다. 그리고 이들 모든 무작위 위치에서 이 기능을 평가하고 이 모든 평가에 대해 평균을 냅니다. 더 많은 샘플을 가지고 올바른 해답에 수렴하는 해답을 찾아냅니다. 이게 기본적인 프로세스이며 이게 더 나은 안티알리아싱, 더 나은 소프트그림자 등의 모든 것을 제공할 겁니다. 이게 그걸 설명하는 기본적인 방법입니다. 실제로는 훨씬 더 복잡하지만 이게 작동하는 방법입니다.”

많은 컴퓨터 그래픽 졸업생들이 알다시피, 한 사람만의 레이트레이서를 작성하는 것은 불가능하지 않습니다. 그리고 많은 사람들이 학교에서 그렇게 합니다. 하지만 Arnold가 다른점은 기본적인 레이트레이서가 느리고 운용할 수 없다는 점입니다. 


Arnold는 다릅니다. 빠르고 품질과 속도를 동시에 멋지게 조화시켰습니다. “단일 패스 트래이싱 렌더러를 작성하는 것은 어렵지 않습니다, 하지만 수천가지 기능을 가지는 프로덕션 렌더러를 작성하는 것은 다릅니다.” Fajardo가 우스개로 말합니다.

Solid Angle은 단순히 자신들 회사내의 프로그래머들 뿐 아니라 필요할 때는 오픈 소스 커뮤니티를 통해서 이 일을 합니다. 사례를 하나 들면 텍스쳐 안티알리아싱에서 – 학생들이 작성하는 자신들의 레이트레이서의 공통적인 문제점 – 샘플링된 픽셀과 포인트당 하나의 광선이라는 규칙적인 패턴은 자연스럽게 알리아싱과 모아레 패턴을 만듭니다. 


이는 Fajardo가 Arnold 개발의 매우 초기에 수정한 문제입니다. “텍스쳐 필터링으로 내려가면, 우리는 소위 텍스쳐 만곡을 계산할 수 있습니다. 그리고 텍스쳐를 프리필터링 하기 위해 mipmap을 사용할 수 있습니다. 그래서 심지어 픽셀당 하나의 샘플로도 여러분은 안티알리아싱 텍스쳐 맵을 얻을 것입니다. 이건 매우 일반적인 훈련입니다 – 그리고 업계에서 모든 사람이 그렇게 합니다. – 그리고 우리도 그렇고요, 우리는 Larry Gritz가 이끄는 OpenImageIO라 부르는 오픈 소스 라이브러리를 사용합니다.”


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mipmap
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Blurred mipmap


프로젝트 OpenImageIO는 ImageIO로 시작했습니다 – Nvidia에서 개발한 렌더러 소프트웨어였던 Gelato의 일부였던 API 입니다. 2002년에 시작하였으며 2007년에 Gelato 프로젝트가 중단될 때 ImageIO의 개발 역시 중단되었습니다. 뒤를 이어 Larry Gritz가 OpenImageIO를 시작했습니다.

“우리는 OpenImageIO를 Arnold에 통합했고 알리아싱 없는 매우 정교하고 아름다운 텍스쳐 필터링을 계산하기 위해서 거기에 의존합니다. 안티알리아싱 텍스쳐를 얻을 뿐만 아니라 메모리내에 수많은 텍스쳐를 넣을 수 있습니다. 


OpenImageIO는 텍스쳐 캐쉬를 갖습니다 – 그리고 캐쉬를 통해 100메가바이트의 메모리를 단지 텍스쳐맵을 위해서 할당할 수 있으며 더욱 많은 텍스쳐들을 로딩할 수 있습니다. 그리고 제한된 양의 메모리를 가지고 수기가바이트에 달하는 수천개의 텍스쳐를 가진 거대한 씬을 렌더링 할 수 있습니다. 그래서 텍스쳐에 관해서 어찌 우리가 이 솔루션을 장착하였는지 정말 행복합니다.” Fajardo가 말합니다.

이게 2009년 로스엔젤레스에서 였습니다. “우리는 제가 소니 이미지웍스에 있는 동안에 이 통합을 했습니다. 그리고 OpenImageIO 필터링을 사용한 첫번째 쇼가 “하늘에서 음식이 내린다면(2009년9월)”이었습니다. OpenImageIO는 중요한 역할을 했습니다. 


왜냐하면 우리에게 이전보다 더 많은 메모리를 로딩할 수 있게 했으니까요.” Fajardo는 소니 픽쳐스 이미지웍스에서 고용되어 있었지만 매우 특별한 협정을 맺었습니다. Arnold의 개발의 대부분은 Fajardo가 회사와의 협의하에 이루어졌습니다. 그는 프로젝트에서 일을 했으나 Arnold의 개발을 허락받았고, 결정적으로 소스코드의 권리를 유지했습니다.

흥미롭게도 SPI는 완전히 Arnold만 쓰는 업체이며 이전부터 그래왔을 뿐 아니라 그들은 Arnold의 동일한 버전을 갖고 있습니다. SPI 와의 협상 하에서 소스코드의 가지가 생겼습니다. SPI는 복사본을 가지고 자신들의 Arnold 버전의 개발을 계속하고 있으며 Fajardo는 그의 버전을 가지고 개발을 계속하며 소프트웨어를 판매합니다. 이건 마치 이혼처럼 들리지만 만약 그렇다면 이는 확실히 아이들이 힘들어 하지 않는 이혼입니다.


 Solid Angle과 SPI 사이에 강력한 유대가 있어서 아이디어와 새로운 개발이 계속되어 두 캠프 사이에 교환되고 있습니다. “만약 제가 Arnold를 열 배가량 빠르게 만들만한 뭔가를 만들면 소니가 그걸 받아서 사용합니다. 사실 그들은 다른 기법을 가지고 그렇게 하죠. 그리고 마찬가지로 만약 그들이 뭔가 새로운 것을 만들면 저도 그걸 제 버전에 포함시킬 수 있습니다. 


SPI의 CTO인 Rob Bredow는 SPI 를 위해 이 협상을 했습니다. “사실 이건 그의 생각입니다” 확실히 Bredow를 존경하는 Fajardo의 칭찬입니다. “나는 소니를 부유하지 않은 채 떠났지만 제 자신의 기술을 갖고 떠났으며, 그 기술을 가지고 제 회사를 시작했습니다.”

Solid Angle 은 C++셰이더를 사용합니다. “C++라이브러리는 수년간 프로덕션에서 사용된 견고한 툴입니다. 현재 4.0버전입니다. SPI 버전은 수년간 C 셰이더를 사용해 왔으며, 이후 C와 OSL 을 잠시 사용했고, 현재 작업중인 영화가 끝이나면 OSL만 사용할 겁니다.” Fajardo가 최근에 말했습니다.

대부분 개발과 지원은 Solid Angle 팀의 전문 엔지니어에 의해 수행됩니다. 소스코드에 접근할 수 있는 핵심 고객을 갖는 것은 다소 위험해 보입니다. 하지만 Fajardo는 그렇지 않다고 합니다. “소스를 고객이 사용할 수 있게 하고 기여를 받는 것은 그들이 여러분을 위해 소프트웨어를 만들도록 하는 것과는 다릅니다. “


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A still from Underworld: Awakening. VFX by Luma Pictures.


Arnold는 시장에 있는 유일한 레이트레이서가 아닙니다 – RenderMan은 스캔라인과 레이트레이서의 하이브리드 이며 맥스웰은 최적화와 커스터마이제이션의 방법이 매우 적은 순수 레이트레이서입니다. Fajardo는 Arnold가 두 전문적 패키지들의 사이에 위치한다고 믿습니다. “만약 여러분이 줄을 생각한다면, 그 한쪽 끝에 제가 픽셀을 페인팅하는데 훌륭하다고 표현한 RenderMan이 있고, 반대편 끝에는 맥스웰과 같은 매우 현학적인 물리 기반 렌더러가 있습니다. 


이 렌더러는 ‘브러시로 페인트하는’ 것을 허용하지 않으며 단지 빛을 흉내내도록만 합니다. Arnold는 그 가운데 어딘가에 위치하고 있습니다. 우리가 가진 것은 매우 물리적인 기반을 가지고 있는 시스템입니다. 이건 시뮬레이션을 하도록 하면서도 뭔가 바꾸기 위한 아티스트적인 많은 제어를 할 수 있습니다.” 하지만 아마도 사용자에게 가장 큰 차이점은 레이트레이싱의 속도입니다 – 의심할 나위없이 Arnold가 빠릅니다. “주어진 CPU예산에 대해 많은 광선을 발사할 수 있습니다 – 그리고 그러한 이유로 애니메이션을 위해 사용할 수 있습니다. 


Arnold를 디자인할 때 제 목표는, 애니메이션에 사용할 수 있는 물리기반 렌더러를 만드는 것이었습니다. 이건 맥스웰의 목표가 아닙니다. 물론 RenderMan을 가지고 애니메이션에 사용할 수 있습니다만, 그건 물리기반 시스템이 아닙니다. – 페인트 브러시에 더 가깝죠.”

미래를 기다리면서 Fajardo는 할 일이 많다고 느낍니다. “여전히 최적화를 필요로하는 부분이 많습니다. 단일 이미지를 위해 최적화할 수 있으며 애니메이션을 위해 최적화할 수 있습니다. 모션블러와 같은 것들요, 그러나 Arnold의 유일한 단점 중 하나의 예를 들면, Arnold는 커스틱스를 매우 잘 표현하지 못합니다. 


“우리는 커스틱스를 최적화 하는데 신경쓰지 않았습니다. 왜냐면 그런 효과는 렌더링 하기 매우 힘든 반면 – 많은 시간과 많은 광선이 필요합니다 – 하지만 솔직히 영화나 애니메이션 제작에서 아무도 그걸 필요로 하지 않습니다. 글쎄요, 정확히 말하면, 15년간 제작하는 동안에 정교한 커스틱스를 필요로 하는 영화는 하나도 없었습니다. 


사실 하나가 기억납니다! “와치맨”에서 우리는 Arnold를 사용하여 유리 궁전을 렌더링 했습니다. 그들이 그걸 연구했습니다. 그러나 유리 위에 유리가 있는 것으로 드러났고 매우 복잡했습니다. 결국 그들은 그걸 사용하지 않았어요. 그래서 다른 렌더러들이 이미 좋은 근사값을 가지는 하나의 사례입니다. 언젠가 거기에 대해 더 많은 연구와 조사를 하고 싶습니다. 하지만 그러한 것들 외에는 전반적으로 주로 더욱 최적화가 됩니다.”

Fajardo는 이 최적화가 더욱 효과적인 모션블러와 더욱 효과적인 폴리곤 및 헤어의 저장(두 배나 많은 헤어나 폴리곤을 렌더링 할 수 있게), 더 효율적인 인스턴싱(수백만개의 복제된 오브젝트를 환경에 거주시키도록)을 포함할 것이라고 말합니다 “우리는 끊임없이 개선을 하려고 합니다. 절대 끝이 안납니다 - 항상 뭔가 사용자들이 원하는 게 있고 - 그건 절대 끝이 없습니다!”




Case Study: Framestore and Maya with Arnold


오늘날, Arnold는 전세계에서 제작에 사용되고 있으며 현재 제작중인 가장 큰 규모 중 하나가 “그래비티” 입니다. 이는 소니 픽쳐스외에 가장 큰 Arnold 영화라는 루머가 있습니다만, 이게 근시일내에 나오지 않으므로 논의하기 이릅니다. Framestore는 실제로 RenderMan과 Arnold를 “타이탄의 분노’’에 사용했습니다.

프레임스토어는 “타이탄의 분노”의 두 주요장면에 사용했습니다.
• 사이클롭스 – 주로 RenderMan 16의 프리릴리즈 버전으로 렌더링
• 미궁 – 주로 Arnold로 랜더링


“초기 의도는 ‘타이탄의 분노’를 전부 PRman으로 렌더링 하는 거였습니다.” Framestore의 Martin Preston 이 말했습니다. “우리는 이미 PRman을 크리쳐 작업에 사용하는데 많은 경험을 가지고 있었고, 그래서 비록 ‘타이탄의 분노’가 셰이딩과 라이팅 접근법을 보다 물리적으로 사실적인 체계로 전환하고 있었지만, 그들은 PRman이 가장 쉬운 방법이라고 느꼈습니다.”

하지만 미궁 작업의 범위와 복잡성이 명백해지면서, 프레임스토어는 이 영화를 위해 고른 라이팅 방법론을 사용해서 이 환경을 위해 필요한 거대한 지오메트리에 PRman이 힘들어 할 것이라고 믿었습니다. “운좋게도 우리는 다른 작품을 위해서 Arnold를 위한 지원을 우리 파이프라인에 추가하였습니다. 그래서 ‘타이탄의 분노’는 작업에 얼마나 잘 대처할 수 있는지 빠르게 평가할 수 있었습니다. 그리고 미궁을 건설하기 위해 그들이 예상했던 재건설 대신 비교적 고통없이 렌더러를 교체할 수 있었습니다. 이건 매우 늦은 결정이었습니다!” Preston 씨가 설명했습니다.


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The Labrinth. VFX by Framestore.


“분노”에 대한 프레임스토어의 언론발표에는 “Arnold가 지오메트리를 씹어먹었다”라고 쓰여있습니다. 우린 이게 Arnold의 오브젝트 인스턴싱 덕분인지 Preston에게 물었습니다(RenderMan 16에는 레이트레이싱 오브젝트 인스턴싱이 없습니다)

그가 말했습니다 “네, 그렇습니다. 그 미궁은 기본적으로 (비교적)적은 수의 독특한 지오메트리(전부 상당히 심한 대기효과 산란을 가진 채 레이트레이싱 된)의 수많은 인스턴스들이 Arnold에 완벽히 맞았습니다. 이 영화나 다른 영화들에서 말했듯이, 우리는 Arnold가 놀랄정도로 많은 양의 비인스턴스 지오메트리에 대해 완벽히 레이트레이싱을 할 수 있는 능력이 있단 걸 알게되었습니다.”


사실적인 라이팅은 프레임스토어 파이프라인의 중요한 부분이 되었습니다. 기술적 관점에서, 프레임스토어와 같은 스튜디오가 라이터의 효율성을 증진시킬 수 있는 두 가지의 방법이 있다고 그들은 믿습니다. “그들의 기술을 (프로그레시브 렌더링과 같은 기법을 통해서)빠르게 만들어 라이팅 반복작업을 보다 빠르게 호전시키거나, 또는 라이팅 기술을 보다 직관적으로 만들어서 더 적은 반복작업을 하도록 만드는 것입니다.” Preston 이 설명합니다.
사실적인 라이팅으로 전환은 이들 접근법의 두 번째의 핵심입니다. 라이팅과 셰이딩의 행동을 예측가능한 방법으로 함으로써 “라이터들이 결과를 예측하게 하고 그들이 예상치 못한 놀라움은 알아서 회피하는 것”이 수월해 집니다.

정말 흥미로운 분야는 Maya에서 Arnold, Softimage에서 Arnold 유틸리티입니다. Solid Angle이 이들을 개발해 오고 있는데 여전히 알파와 베타입니다. 이 특별한 툴들은 MtoA와 SItoA로 각각 알려져 있습니다. 커뮤니티는 얼마전부터 그들의 후기 개발에 대해 알고 있었고 많은 사람들이 출시를 기대하고 있습니다. 하지만 프레임스토어는 “타이탄의 분노”에서 이 방법을 따르지는 않았습니다.

우리가 Arnold를 채택할 때 우리는 아티스트들의 관점에서 상대적으로 렌더러 교체가 간단하도록 만들고 싶었습니다. 그래서 우리는 MtoA와 같은 툴을 이용해 완전히 별개인 Arnold 전용 파이프라인을 개발하는 대신 우리의 현재 기술에 Arnold 지원을 추가하기 위해 많은 노력을 했습니다. 그래서 우리가 MtoA를 살피는 동안에도 이런식으로 Arnold를 통합시키는 것을 원하지 않았습니다.” 프레스톤이 말했습니다.

“타이탄의 분노”는 왜 프레임스토어가 이렇게 했는지 좋은 예시입니다. 인하우스로 개발한 툴을 사용하여 그들의 팀이나 파이프라인이 작업하는 방식을 변화시킬 필요없이 시퀀스를 새로운 렌더러로 전환할 수 있었습니다. “우리 라이팅 파이프라인은 독자적인 PRman라이팅 툴인 fRibGen 를 기반으로 만들어졌습니다. 


이미 (프로시저럴 지오메트리나 새로운 타입의 패스 등을 통합하는 것 등을 위해)툴에 개발자들로 하여금 플러그인을 지원하도록 허용되었습니다. 그래서 Arnold를 적용하기 위해서 먼저 우리가 해야했던 것은, 어떻게 Arnold 랜더를 생성하고 제어하는지 알게 하는 플러그인을 추가하는 것이었습니다. (fArnoldGen).”

fRibGen은 룩 개발자들이 셰이드와 그 셰이더를 지오메트리에 첨부하는데 사용되는 로직을 담고있는 팔레트를 만들도록 합니다. 이는 렌더링이나 내보내기 하는 과정에서 현재 재산들이 무엇이든 팔레트에 지정된 ‘look’에 매치시키기 위해 사용될 수 있습니다. “우리 마야 씬들은 보통 가벼운 프로젝로 된 재산들로 구성됩니다. 


이를테면 지오메트리, 털, 군중, 볼륨, 파티클과 “타이탄의 분노”의 경우에는 인스턴스들이죠. 그러면 랜더시간에 프로시저럴들이 계속해서 셰이더나 데이터 지정을 수행하기 위해 팔레트에 담긴 로직을 사용합니다(이는 룩 개발자들의 라이터들이 그들의 마야 씬에는 존재하지 않는 재산이 나타나도록 합니다).”


결과적으로 프레임스토어 역시 모든 PRman 프로시저럴들에 대응하는 Arnold 프로시저럴을 작성할 필요가 있었습니다. “이 모든 작업의 결과 라이터들이 그들의 샷의 가벼운 버전을 보게되며, 그들이 동일한 파이프라인을 사용하여 렌더링 하는데 RenderMan과 Arnold를 선택할 수 있습니다.” Preston씨가 설명합니다.




MtoA, SItoA


하지만 일부 회사들은 알파 및 베타 툴들을 사용하고 있습니다. “SItoA 와 MtoA 플러그인들은 여전히 비공식적 베타입니다.” Solid Angle의 Fajardo가 설명합니다. “하지만 우리 베타들은 매우 견고합니다. Maya나 Softimage 같은 복잡한 3D어플을 위한 견고한 플러그인을 작성하는 것은 정말로 정말로 어렵고 시간도 많이 걸립니다. 


우리는 퀄리티에 집착하고 있어서 플러그인이 완벽히 다듬어지기 전까지는 공식 릴리즈를 하지 않을겁니다. SItoA는 오랫동안 개발이 되어오고 있으며 현재 버전은 2.1.1입니다. 반면 MtoA는 아직 0.15.0입니다. 


우리는 엄격한 버전관리 절차를 따라서 우리 테스터들이 제작시에 사용할 때 새로운 기능이 기존 씬을 망가뜨리지 않도록 충분히 보장하도록 하고 있고, 자주 버그수정 버전등을 냅니다. 그래서 실제로는 많은 테스터들이 1~2년 동안 제작에 우리 플러그인을 사용해 오고 있습니다.”


Luma Pictures는 “엑스맨:퍼스트클래스”, “캡틴 아메리카”, “언더월드:어웨이크닝”과 다른 여러 작품에서 MtoA를 사용했습니다. ObliqueFX는 “소스코드”에서 SItoA를 사용했습니다. 그리고 수많은 스튜디오들이 SItoA와 MtoA를 광고영상에서 사용했습니다(Mikros Image와 같은 회사는 파리에 있는 마야 기반 스튜디오로서 올해와 작년 두 번의 VES광고 상을 수상했습니다).




Case Study: Whiskytree & Softimage (SItoA)


SItoA를 사용하는 회사로는 Whiskytree가 있는데 몇몇 매우 큰 예산의 프로젝트에서 몇 개의 작은 시퀀스에서 사용했습니다. “Whiskytree는 “트론:레거시”, “토르”, “캡틴 아메리카:퍼스트 어벤저”, “헝거 게임” 과 최근작인 마블의 “어벤저스” 를 포함한 장편 영화 프로젝트에 SItoA를 사용했습니다” Whiskytree의 CG수퍼바이저 Votch Levi씨의 말입니다.

“’토르’는 SItoA와 Arnold를 사용한 우리의 첫번째 프로젝트였습니다. 우리는 ‘토르’의 지오메트리 밀도와 셰이딩 요구사항들이 Softimage 자체 렌더러를 사용해서는 달성하기 매우 어려울 것이라고 믿었습니다. SItoA는 프로젝트를 통해 매우 성공적임을 입증했고 우리는 모든 후속 프로젝트를 SItoA렌더 파이프라인에 기반하여 시작했습니다.”


Levi는 SItoA가 현재 매우 안정적이며 믿음직스럽다고 믿습니다. “Arnold는 Softimage가 뷰포트에서 표현할 수 있는 것 이상의 매우 밀집한 씬들을 잘 다룰 수 있습니다. 우리는 Arnold 재산 종류에 맞춰 우리의 재산 퍼블리싱 시스템을 “Distill”을 만들었습니다. 이 시스템은 Softimage로부터 재산 복잡성을 분리하도록 하여 매우 복잡한 씬들을 레이아웃/랜더할 수 있게 합니다. 


비록 우리는 24GB 램 안에 10억개의 폴리곤들을 밀어넣었지만 일반적으로 렌더링된 씬은 수천개의 오브젝트에 1억4천만개 이상의 면을 담고 있습니다. 이전에는 우리는 씬의 복잡성을 관리하기 위해 씬을 레이어된 패스로 분리를 했었습니다. 하지만 이제 Arnold와 SItoA를 가지고 한번에 모든 패스를 렌더링 합니다.”

우리는 Levi에게 어떻게 Arnold로 랜더링 하도록 개발을 하였는지 물었습니다.


“Arnold와 SItoA는 우리가 장면을 만들고 라이팅하는 방식을 완전히 바꿨습니다. 수년 동안 라이팅은 특정한 모습을 얻기 위해서는 베이크된 재산들과 다중일루미네이션 모델들의 관리를 요구하는 매우 기술적인 예술이었습니다. 


Arnold 이전에는 장면에서 디스플레이스먼트, 모션블러, IBL, 글로시 반사와 멀티바운스 디퓨즈 샘플등을 사용하는 것은 매우 드물었습니다. 이제는 전부 장면에 집어넣을 때 모션블러 때문에 랜더가 실패하지 않을까 고민해야할 필요가 없습니다. 반발 없이 동시에 이들 효과 모두를 사용할 수 있습니다. 


모션블러와 디스플레이스먼트 문제로 수년간 고생한 다음에야, 프로젝트 시작시에 이 기능들을 켜는 것이 매우 자유로워졌고, 렌더링 시간을 증가시키거나 프레임 실패를 가져오는건 아닌지 걱정할 필요가 없습니다. 하지만 Arnold를 사용하는 것은 그렇게 만만한 것은 아닙니다. 샘플 노이즈는 도전과제이고 이를 위해 매우 오랜 랜더시간이 필요할 수도 있습니다.


Arnold는 Brute Force 레이트레이서이며 특정 셰이더에만 샘플링의 선택적 수준을 적용하는 능력은 부족하므로 모든 픽셀들이 셰이딩 기능 요구사항에 맞춰 동일하게 샘플링됩니다. 이건 랜더 세팅을 단순화 시키기 때문에 좋지만 또한 전체 프레임의 노이즈를 감소시키기 위해서 프레임의 일부 영역이 오버샘플링 되는 것을 의미합니다. 다른 레이트레이서로부터 Arnold 방식의 차이점에 적응하는데 약간의 시간이 걸렸습니다. 하지만 우리가 그러한 접근법에 익숙해진 다음부터는 랜더 최적화가 빠르고 이해하기 쉽습니다.”

Whiskytree는 환경 제작과 매트페인팅으로 유명합니다. 전통적으로 매트페인팅 작업은 포토샵에서 페인팅을 생성하고 카드 위에 아트웍을 프로젝트 하거나 복잡한 카메라 움직임 속에서 시차를 흉내내기 위해서 3D환경에 지오메트리를 연계시키는 과정이 포함됩니다. Arnold의 속도와 효율성 덕분에 이제는 더 많은 지오메트리를 물리적으로 정확한 셰이딩을 가진 CG에서 만들게 되고, 페인트와 프로젝션에는 덜 의존하게 됩니다. “이는 더 자유롭게 다이내믹한 카메라 움직임을 만들 수 있게 해 주며 장면 제작시 빠르게 재작업 할 수 있게 해 줍니다.” Levi가 말합니다. “SItoA와 Arnold는 매트페인팅 툴킷에 뛰어난 보조툴입니다.”




Individual sales


Fajardo씨가 말합니다. “매일 우리는 전세계의 개인 아티스트들로부터 ‘제발 Arnold를 테스트할 수 있게 해주세요’ 라는 메일을 받습니다. 우리도 모든 사람들이 소프트웨어를 사용할 수 있으면 좋겠지만, 동시에 우리가 수많은 사람들을 지원하기는 힘듭니다. 회사내에서 지원체계를 키우기 전까지는, 온라인 다운로드는 하지 않을겁니다. 하지만 우린 그 일을 하고 있고, 올해에는 우리 웹사이트에서 좋은 소식이 있을 거라고 희망합니다.
그러나 Fajardo는 “만약 여러분이 스튜디오라면 회사로 이메일을 보내서 회사차원의 라이선스를 논의할 수 있습니다.” 라고 애써 덧붙입니다.




Mental ray – NVIDIA


멘탈레이는 NVIDIA에 의해 개발되는 프로덕션 렌더러입니다. 이름에서 알 수 있듯이, 이미지를 만들기 위해 레이트레이싱을 사용합니다. 오토데스크에 라이선스 되어 Maya나 3ds Max와 같은 프로그램에 옵션으로 제공됩니다. 오토데스크는 Nvidia 멘탈레이의 가장 큰 고객이며, 멘탈레이는 세계에서 가장 일반적인 렌더러 중 하나입니다. 하지만 NVIDIA는 또한 GPU솔루션을 포함하는 다른 렌더링 솔루션들도 갖고있습니다. – 뒤에 설명함

NVIDIA의 ARC 트레이닝 및 스페셜 프로젝트팀의 Barton Gawboy씨가 말합니다 “전 기술 개발의 관점에서 우리가 Brute Force라고 부르는 접근법을 이용할 수 있는 때가 마침내 왔다고 생각하고 싶습니다. 빛은 매우 단순한 것입니다. 한 방향으로만 움직이며 뭔가에 부딪치기 전까지는 바뀌지 않습니다. 그리고 수많은 것에 부딪칠 수 있습니다. 이제 실제 빛을 시뮬레이션 하기 위해서 여러분은 이 단순한 바운스들을 만들기 위해 수많은 일을 해야 합니다. 렌더링이 처음 시작되었을 때 빛을 흉내내기 위해 수많은 추정과 속임수가 있었고 간접광은 많이 하지도 못했습니다. 그러나 프로세서가 빨라지고 메모리가 많아지면서 우리는 실제로 우리 주위에서 무한한 레이트레이싱이 진행되고 있는 실제 빛을 흉내내는데 점점 다가갈 수 있습니다.”

멘탈레이의 핵심 기능은 멀티프로세서 컴퓨터와 랜더팜 둘 모두에서 병렬처리를 통해 높은 성능을 달성하는 것입니다. 멘탈레이 사용의 중심은 파이널 개더링의 이해하는 것입니다. 파이널 개더는 GI 를 추정하는 기법입니다. 사용자들은 멘탈레이에서 포톤 트레이싱이나 혹은 파이널 개더링과의 조합을 통해서 GI를 얻을 수 있습니다. 하지만 단순한 접근 법 때문에 오토데스크에 의해 파이널 개더가 권장됩니다.

파이널 개더가 켜지면, 오브젝트는 효과적으로 간접광 소스가 되며, 자연 세계를 흉내내어 그 안의 오브젝트들이 주변의 색상에 영향을 줍니다. 파이널 개더 광선이 오브젝트에 부딪치면, 일련의 세컨더리 광선이 그 주위에서 무작위 각도로 전환되어 그 주변 오브젝트들로부터의 빛에너지 기여를 계산합니다. 그런 다음 빛에너지는 바운스된 빛의 효과를 추가하기 위해서 레이트레이싱 과정 동안에 평가됩니다.


애니메이션 시퀀스를 렌더링 할 때는, 파이널 개더 맵(FGM)을 베이크할 필요가 있습니다. 시퀀스를 렌더링 할 때, 만약 각 이미지마다 FGM 이 유지된 채 랜더링을 하면, 렌더 아웃풋 결과는 각 프레임에 대해 서로다른 FGM에 의해 계산됩니다. 시퀀스를 재생할 때, 프레임마다 FGM지문에 의해 생성된 노이즈가 보이게 됩니다.


3dsMax 2010 이전 버전에서는 애니메이션 깜빡임이 다음 두 가지 이유 때문이었습니다 :


1. 파이널 개더 포인트들이 지오메트리에 잠겨져 있지 않을 때는, 카메라가 움직일 때 표면을 따라 “미끌어져서”


2. 움직이는 오브젝트가 생성하는 파이널 포인트들이 3D 공간에서 ‘부유’하거나’고스팅’하여서 렌더링 문제를 일으킵니다.

2010 이후에는 GI애니메이션 깜박임이 다음 두 주요 기술에 의해 크게 제거되었습니다 :


1. 카메라 움직임을 처리하기 위해서는, 파이널 개더 포인트들이 카메라 경로를 따라 여러 위치로부터 발사됩니다. 파이널 게더 포인트들은 지오메트리에 ‘고정’이 되고, 따라서 프레임에 따른 포인트들의 ‘미끌어지는’효과를 제거합니다.


2. 움직이는 오브젝트를 처리하기 위해서는, 하나의 프레임당 하나의 파이널 개더 파일이 첫번째 패스에서 계산됩니다. 뷰티패스가 렌더링 될 때, 파이널개더 포인트가 솔루션을 “부드럽게” 만들기 위해서 여러 프레임들간에 보간이 됩니다.


V-Ray – Chaos Group
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Cornell Box rendered in Vray


Arnold가 일반 구입이 불가능하기 때문에, 매우 큰 스튜디오 환경 이외에서 크게 인기있는 레이트레이서는 V-Ray입니다. 이 프로그램은 최근들어 크게 성장했습니다.

V-Ray의 핵심 개발자는 카오스 소프트웨어의 Vladimir Koylazov(Vlado)와 Peter Mitev 이며 1997년에 불가리아 소피아에서 설립되었습니다. 이 회사는 CPU와 GPU버전 : V-Ray와 V-Ray RT GPU를 제공하고 있습니다.

3ds Max, Maya, Softimage, C4D, Rhino 등을 지원하는 V-Ray 버전들이 있습니다.


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Image by Ivan Basso


Koylazov는 대단히 상황을 적극적이어서, OpenEXR이 발표되기도 전에 V-Ray는 이미 플러그인을 통해 딥컴포지팅과 같은 지원을 제공합니다. 이 ‘할 수 있다’는 자세가 사용자들로부터 매우 인기있는 회사가 된 이유입니다. 작년에 V-Ray의 2.0버전을 출시했습니다. 이 버전을 통해서 초점을 건축에서 영화와 TV영역으로 옮겨가고 있습니다. 


예를 들어, V-Ray는 현재 빠른 헤어 및 퍼 렌더링을 제공합니다(더욱 최적화 되고, 빠르고 더 정확한 섭디비전 서페이스와 피부를 위한 탁월한 섭서페이스 스케터링을 포함). 또한 카페인트 셰이딩 툴을 제공하여 포토리얼리스틱한 자동차를 빠르게 만들 수 있습니다. 여러 레이어의 셰이더를 쌓을 필요도 없이 하나의 셰이더로 완벽한 솔루션을 제공합니다.

엔터테인먼트 산업에 V-Ray가 깊숙이 파고드는 다른 예로서:
• V-Ray 2.0은 또한 PTex 를 지원하는 3D 프로그램에 대해 PTex를 지원하니다.
• 머리카락 사이의 GI와 빛 산란을 완벽히 지원하며 머리카락의 길이에 따라 색상이 변하는 개선된 헤어툴 등
• CG/Live 통합을 위해 실제 카메라 샷의 렌즈 왜곡을 위한 렌즈분석 툴
• 셰이드 맵을 포함하는 스테레오 카메라 작업 툴 – 깊이에 기반하여 빠른 피사계심도를 가능케 함
• 돔라이트(클리핑안된 HDRI를 맵핑하는) 를 제공하며 최고의 IBL 솔루션(GI와 함께 혹은 없이 동작하며, 일부 기능과 함께 문제가 될 수 있는 깜빡임이 거의 없는) 을 제공합니다.


지오메트리 인스턴싱은 단순하지만 숲이나 공원등과 같이 디테일이 풍부한 씬을 렌더링 하는데 매우 효과적인 기법입니다. 인스턴싱을 통해 실제 오브젝트의 지오메트리가 저장이 되면, 다음에는 씬 내에서 필요한 다양한 포인트에서 간단히 참조됩니다. 


이는 상당히 많은 RAM을 절약할 수 있습니다. “하지만, 인스턴싱은 큰 지오메트리 세트를 처리하는 렌더러의 능력과는 별개입니다.” Koylazov가 말합니다. “때때로 여러분은 어떤 렌더러가 수천억 폴리곤을 처리할 수 있다고 자랑하는 사람들을 봅니다만 그건 전부 인스턴스로 드러납니다. 여전히 이는 유용한 기법이며 V-Ray에서도 잘 지원합니다.”


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Image by Ramon Zancanaro




V-Ray는 항상 큰 데이터셋을 다룰 수 있는데, 전문적인 프로덕션 환경에서 채택된 핵심 기능입니다. 렌더러가 사용하는 램의 대부분은 씬 지오메트리와 재질 텍스쳐를 묘사하는데 사용됩니다. Koylazov가 말합니다. “지오메트리에 대해 우리는 인스턴스가 아니라 독자적인 폴리곤들에 대해 얘기하고 있습니다. 


수많은 오브젝트와 특히 디스플레이스나 섭디바이드 된 서페이스가 있는 씬들은 수백만개의 폴리곤에 이르게 됩니다. 그리고 거기에 헤어와 퍼가 있는데 사실적인 결과를 얻기 위해서는 보통 수백만개의 헤어 가닥이 필요합니다. 만약 전체 씬 데이터를 담을만큼 충분한 램이 있다면, 모든 게 잘되고 좋습니다. 하지만 때때로 씬들이 너무 복잡해서 사용가능한 램에 맞추지 못합니다. 그래서 렌더러는 필요한 씬의 일부만 생성하기 위한 방법이 필요합니다.


V-Ray에서는 “dynamics geometry”라 불리는 이런 기능이 있습니다. 이 말은 필요할 때 요구사항에 맞게 생성된다는 뜻입니다. 그리고 메모리가 낮고 렌더러가 다른 뭔가에 메모리가 필요할 때는 제거할 수 있습니다. 


예를 들어 만약 무겁게 디스플레이스된 오브젝트가 특정 카메라 뷰의 렌더링에 필요없는 경우(반사나 굴절에서도 안보일 때), 그게 전혀 생성되지 않습니다.” 대용량 지오메트리를 위해 V-Ray에 채택된 또 다른 기법은 V-Ray Proxy mesh입니다. 보통 “Tiled meshed” 라고 불립니다. 


프록시는 지오메트리 프리프로세싱에 의해 디스크에 vrmesh파일을 생성합니다. 그런 다음 렌더러는 메모리에 전부 담아둘 필요없이, 렌더링이 진행되는 동안 필요에 따라 이런저런 지오메트리들을 불러올 수 있습니다.


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Image by Matt Guetta


큰 텍스쳐들은 보통 프리프로세싱에 의해 처리가 됩니다 그리고 “Tiled Textures”를 생성합니다. V-Ray에서는 네이티브 지원이 되는 OpenEXR 파일포맷을 통해 이 기능을 구현합니다. 렌더러는 단지 이런저런 텍스쳐들을 렌더링시 필요에 따라 불러올 수 있습니다. 


타일드 텍스쳐들은 또한 동일한 텍스쳐에 대해 다중 해상도를 저장합니다. 그래서 예를 들어 렌더러가 카메라로부터 멀리 있는 오브젝트가 필요하다면 텍스쳐의 낮은 해상도 버전을 선택할 수 있습니다.

우린 Koylazov에게 매우 복잡하고 무거운 지오메트리나 볼륨렌더링을 위한 속도 최적화에 관해 물었습니다.

“불행히도 이런 것들은 원래 느립니다. 특히 글로벌 일루미네이션 레이트레이서에서는 잠재적으로 씬 내의 모든 오브젝트가 서로 영향을 줄 수 있습니다. 특히 지오메트리의 경우, 완전한 디테일이 필요하지 않을 때(카메라에서 멀리 있는 경우처럼)에 지오메트리를 단순화 시킴으로써 속도가 좋아집니다. 


예를 들어서, 섭디바이드된 그리고/혹은 디스플레이스된 서페이스의 뷰의존적 테셀리이션은 카메라로부터 먼 오브젝트들이 덜 디테일해지도록 하여 메모리를 적게 차지하고 레이트레이스 하기 쉽습니다. 볼류메트릭 렌더링의 경우, 볼륨 라이팅의 계산은 가장 느린 부분입니다. 그래서 다양한 캐쉬 구조가 계산 속도 향상에 사용될 수 있습니다. 


예를 들어 우리 유체다이내믹 시뮬레이터인 Phoenix FD는 볼륨 라이팅을 유체그리드 자체내에 캐쉬하여 볼륨 렌더링 속도를 크게 높여줍니다. V-Ray에서 제공하는 일부 글로벌 일루미네이션 솔루션(Irradiance map, Lightcache) 또한 계산 속도 향상에 도움을 주기 위해 볼류메트릭 라이팅의 캐쉬를 지원합니다.”


CG Supervisor인 Scott Metzger 는 V-Ray를 사용하며 중간규모의 회사들이 생존하기 위해 그들이 V-Ray를 탐구해야할 필요가 있다고 강하게 느낍니다. 왜냐하면 이미지 품질과 제작 속도의 조합 때문에, 특히 속도면에서 최종 고품질 룩 제작시에 제로일 수 있습니다. Metzger는 심지어 최근에 자신이 일했고 성장하고 있다고 믿는 한 중간 규모의 회사에 이런말을 했습니다, ‘당신들이 V-Ray 를 사용하지 않으면, 사업에서 철수하게 될 것이다.’


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Image by Alex Huguet


“무엇이 V-Ray를 다른 렌더러들과 비교해서 빛나게 만들까요 : 파이프라인. V-Ray를 사용해서, 아티스트들은 그들을 지원하기 위한 수많은 TD팀 없이도 훌륭한 사진 같은 이미지들을 만들 수 있습니다. “이 작은 사실 하나가 실제로는 크죠,” Metzger가 지적합니다. “시각효과를 위한 비용은 미친듯이 낮아지고 있습니다. 


VFX 스튜디오들이 제작 일의 절반을 해외로 보내고 있는 때에 경쟁이 극도로 어려워지고 있습니다. 스튜디오 입장이 되어서 저는 최근 일거리를 위한 숫자와 입찰들을 보았습니다. 그렇게 낮은 비용에 누가 일을 할 수 있을지 보는 건 정말 미친 짓입니다. 사용되는 렌더러에 따라서 여기에 큰 영향을 줍니다. 


기능을 추가하고 모든걸 커스터마이징하는 거대한 TD팀 대신, 이제 여러분은 30명이 넘는 프로그래머들이 24시간 도와주는 카오스그룹과 같은 회사를 가지고 있습니다. 이게 많은 개발비와 시간을 절약시켜주고 효율성을 최대화시킵니다.”

“V-Ray는 일종의 하이브리드로서 – 양쪽 모두에서 최고를 얻는 – GI를 위해서 biased와 unbiased brute force를 가집니다. 전 프라이머리로 Brute Force를 이용해 시작하며 그런 다음 세컨더리 광선은 라이트캐쉬 포톤을 사용할 수 있습니다. 라이트캐쉬로 제가 하는 것은 하나의 단일 이미지로부터 모든 프레임에 대한 씬을 위해 GI를 연산합니다. 


GI 베이킹과 유사한 또 다른 종류의 GI 인 이라디언스 맵핑도 있습니다 – 시야내에서 카메라에 가장 가까운 것이 무엇인가에 기반합니다. 이라디언스 맵은 RenderMan의 포톤맵과 유사합니다. 빛을 따라 포톤맵핑이 됩니다. 하지만 이라디언스는 포톤맵핑과 파이널 개더링을 섞은 것 처럼 작동합니다. 재밌는 것은 이들 모든 렌더러들은 비슷하지만 약간씩 다릅니다. 이라디언스 맵은 씬 의존적이지만 버텍스에 의존적이진 않습니다.”

물론 V-Ray는 다양한 랜더 출력과 이미지 품질을 제공합니다. “GI를 끄고 단지 라이트돔(IBL)을 사용해서 수많은 GI 를 간단히 흉내낼 수 있습니다.” Metzger가 인정합니다. “돔라이트를 이용해 많은 시간을 절약할 수 있고 수많은 간접광을 잘 얻을 수 있습니다. 여러분의 라이팅은 돔라이팅을 사용할 때 GI 와 매우 비슷해 보일겁니다.”


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Image by Saddington Baynes


중요도 샘플링은 여느 레이트레이서처럼 V-Ray의 중요한 부분입니다. Koylazov가 설명에 따르면, “다양한 레이트레이싱 효과들에서 사용하는 계산이 최종 이미지에 대한 이들 효과의 기여정도에 따르게 해 줍니다(적어도 레이트레이서가 예측할 수 있는 한). 


이를 달성하기 위해서, 그들은 보통 씬에 관한 ‘우선순위’ 정보를 이용합니다. 예를 들어, 빛은 씬의 광원으로부터 나온다는 걸 우리가 미리 알고 있습니다. 그리고 밝은 광원은 어두운 광원에 비해 씬에 더 많은 기여를 합니다. 


그래서 레이트레이서는 밝은 빛의 기여를 더 오래 계산할 필요가 있다는 것을 압니다. 이는 렌더링 과정 자체가 되는 동안 중요 계산해 내는 adaptive 샘플링과는 다릅니다. 중요도 샘플링을 수행하는 다양한 방법들이 있습니다. – 어떤것은 직선적(예를 들어 그림자 광선은 빛을 향해 나가게 하며), 또 어떤것은 그렇지 않습니다(예를 들면 HDR돔 광원의 중요도 샘플링).


RenderMan 에서처럼, V-Ray 는 다중 중요도 샘플링을 채택하여 최적의 결과를 만들어 내기 위해서 같은 효과에 대해 여러 다른 중요도 샘플링 기법을 조합합니다. Koylazov 가 말합니다. “레이트레이서에서는 다중 중요도 샘플링은 일반적으로 Area 광원의 기여를 계산하는데 사용됩니다. 


V-Ray도 Area와 돔라이트 외에 여러가지들을 위한 다중 중요도 샘플링을 채택하고 있습니다. 중요도 샘플링에는 어느정도 어림짐작이 있다는 것에 주의해야 합니다. 밝은 빛을 샘플링 하는 데는 더 많은 샘플들이 필요합니다. 이는 만약 밝은 빛이 다른 공간에 있거나 혹은 그 기여가 일부 오브젝트에 의해 막혀있는 씬을 가지고 있다면 그렇지 않을겁니다.”


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Image by Scott Metzger


“하지만 V-Ray에 관해 흥미로운 것은 그 샘플링입니다.” Metzger가 말합니다. V-Ray는 Adaptive DMC를 가지고 있습니다. 이 샘플러는 픽셀과 그 이웃들 간의 세기의 차이에 따라 픽셀당 다양한 숫자의 샘플들을 만듭니다. 


V-Ray에서 이는 Fur나 흐릿한 이펙트들(피사계심도, 모션블러, 글로시 반사등)처럼 작고 많은 디테일들이 있는 이미지를 위해 선호되는 샘플러입니다. 이건 V-Ray에 있는 옵션입니다. Metzger가 설명합니다. “대부분의 렌더러에서는 매 셰이더마다 무수히 샘플링을 조정해야 하며, 라이트에서 샘플링도 조정하고 알리아싱도 조정해야 합니다. 


Adaptive DMC에서 멋진 것은 그게 여러분들을 위해 모두 조절한다는 것입니다. 만약 노이즈 컨트롤만 가지면 거의 그렇습니다. 거의 노이즈를 전반적으로 조절하는 노이즈 threshold를 가지는데, 높은 품질을 위해서 어떻게 씬이 재샘플될 것인지 결정합니다. 그리고 멋진 것은 심지어 여러분의 랜더가 선형일 경우에도, 최종적으로 보이는 감마가 2.2가 되도록 나타낼 수 있습니다. 


심지어 선형 렌더에서도, 가장 큰 차이를 만들 곳에 샘플링을 위한 노력을 소프트웨어가 관리할 수 있다는 것을 알고 있습니다 – 감마 2.2에서 보여질 걸 알고 있습니다. 하이라이트가 나타나거나 밝은 영역이 있는 장소에 샘플링하느라 시간을 낭비하지 않을 것입니다. 그림자와 중간톤에 랜더시간에 많은 초점을 맞출 것입니다 - 왜냐하면 그 부분에 모든 노이즈가 보이게 될 부분이니까요.”


3Delight – DNA Research
3Delight 는 등록된 RenderMan 호환 렌더러입니다. 이건 시드니의 Dr. D 스튜디오에서 ‘해피피트2’에 널리 사용되었습니다. 수년 전부터 인기를 얻어온 매우 훌륭한 렌더러지만 주로 ‘가난한 자의 RenderMan’이라는 별칭이 붙어있습니다. 


왜냐하면 이 제품은 RenderMan보다 훨씬 싸고 따라서 많은 작은 회사들이 고품질 전문적 결과를 얻을 수 있도록 해줬기 때문입니다. 하지만 Dr. D는 단지 가격면으로만 선택한 것은 아닙니다. 비록 프로덕션 파이프라인이 세워지던 초기에는 그것도 요인이었습니다. (특히 RenderMan의 가격 인하나 조정이 발생하지 않았을 때였습니다). 


Dr. D 스튜디오의 수장인 Brett Feeney는 가격은 단지 절반의 요인이었다고 말합니다. “약 50대50이었어요. 우리의 관심을 끈 것은 일부 구조적인 것들이었습니다. 그들(DNA)는 문제점에서 벗어날 수 있도록 RenderMan 표준 이내에서 노력합니다. 당시에는 섭서페이스 스케터링이나 기타 우리가 관심가진 것들 뿐 아니라, 크고 부드러운 털달린 생물체들을 위한 빠른 셰이더의 실행에 관한 것이었습니다. 그리고 당시 그들은 우월했습니다.”


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A still from Happy Feet 2.


Dr. D가 3Delight 파이프라인을 채택하기로 결정한 후, 제작기간 중에, 픽사는 RenderMan의 가격을 낮췄고 그러한 격차에 비 RenderMan 호환렌더러 사용에 대한 ‘수요’가 급감했습니다. 여전히 Feeney는 지난주와 같이 최근에도 그가 새로운 프로젝트에 3Delight를 사용할 것을 논의하였다고 말합니다.


Dr. D 스튜디오는 ‘해피피트2’ 에서 주요 렌더러로 후디니의 Mantra와 함께 사용했습니다. 그 영화의 제작 파이프라인은 Maya에서 애니메이션을 한 다음 모두를 Houdini로 넘겼습니다. 특히 볼류메트릭 부분과 같은 일부 요소들은 Mantra에서 렌더링 되었지만 대부분 3Delight로 렌더링 되었습니다. 이를 위한 워크플로우가 없었기 때문에, Side Effects, DNA research, Dr. D 세 회사들 모두는 특별한 툴을 만들기 위해 함께 일했습니다.

DNA가 흔쾌히 개업 스튜디오와 함께 일한 것은 Feeney를 크게 감동시켰습니다. 흥미롭게도 그 팀이 Dr. D 를 만나려고 시드니까지 날아왔습니다. 처음에 DNA Software팀은 Dr. D에게 영화속에서 주어진 굴절과 얼음 등을 3Delight 내부 레이트레이싱 방식을 따르도록 권장했습니다. 그 첫번째 미팅에서 Feeney는 그 대화를 상세히 말합니다. “우리는 레이트레이싱이 돌아온다고 믿습니다.” 그들이 Feeney에게 말했습니다. “우린 당신이 레이트레이싱을 사용하게 될거라고 생각합니다. 그걸 생각해봐야 합니다.” Feeney도 그 생각에 동의했습니다. 


하지만 그 당시, 초기 미팅에서, 그는 “해피피드2”의 씬 규모와 크기가 실행가능하지 않을 거라고 지적했습니다. 아니나 다를까, “그들이 우리가 해야할 것과 우리가 어떻게 보이기를 원하는지를 정확히 연구하며 여기에서 일주일을 보냈을 때까지, 그들은 “우리는 우리 포인트 기반 시스템에 더 많은 일을 집어넣도록 하기 위해 곧 돌아온다“ 같았죠. 그게 Feeney를 감탄하게 했고 감사했습니다. “우리와 기꺼이 함께 일한 것이 우리가 그들과 함께 한 가장 큰 이유 중 하나였습니다.” 그가 말합니다.




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A still from Happy Feet 2.


Dr. D 가 필요로 한 규모의 랜더팜 컨트롤을 위해서, 그들은 ‘해피피드2’를 위해 고용한 새로운 팀의 한 명이 일부 작성한 오픈소스 솔루션에 의지했습니다. 원래는 Blur Studio 에 의해 개발되었으며 그 프로그램 Arsenal은 3ds Max의 Backburner를 대체하기 위해 고안되엇습니다. 


이제 뛰어난 오픈 소스 랜더 관리 플랫폼으로 3ds Max, Maya, Houdini, 3Delight, XSI, Nuke, Fusion, Shake, After Effects 등의 많은 패키지를 지원합니다. 핵심은 Qt 를 사용하는 C++ 로 작성되었고, 파이썬 인터페이스를 제공하기 위해 PyQt가 사용됩니다. Dr. D는 자신들의 3Delight 랜더팜을 위한 queue관리자를 관리하고 확장하기 위해 추가로 툴을 개발했습니다.

DNA Research 는 작년에 3Delight Studio Pro 10 버전을 출시했습니다. 이 메이저 버전에는 레이트레이싱 성능과 글로벌 일루미네이션에 있어서 중요한 기술적 진보가 포함되어 있습니다. 프로10버전은 새로운 포인트 기반 오클루젼과 글로벌 일루미네이션 알고리즘을 소개했습니다. 이 새로운 알고리즘 접근법이 이런 수준의 알고리즘 중에 처음으로 반투명한 서페이스를 지원한다고 소개했습니다. 


이전에 3Delight 였던 3Delight Studio Pro는 이제 3Delight for Softimage플러그인을 포함합니다. 3Delight Studio Pro 전체 패키지는 사용자들과 스튜디오들이 3Delight for Maya나 3Delight for Softimage 와 함께 렌더링 파이프라인에서 3Delight standalone을 사용할 수 있도록 해 줍니다.

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Rising Sun Pictures also used 3Delight for Journey 2: Mysterious Island.


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Bird, bee & digi doubles were Maya + 3Delight, while the jungle was Houdini/Mantra in PBR mode.

3Delight Studio Pro의 기능은 레이트레이싱, 글로벌 일루미네이션(포톤맵핑, 파이널 개더링과 HDR라이팅 및 렌더링을 포함), 사실적인 모션블러, 피사계심도, 완전한 지오메트리 지원(헤어와 퍼의 매우 효율적인 렌더링을 포함), 프로그래밍 가능한 셰이더와 안티알리아싱된 그림자 맵등을 포함합니다. 윈도우, 유닉스, 맥에서 사용할 수 있습니다.

여전히 많은 중소규모의 업체에서 사용되고 있지만 큰 스튜디오에서는 널리 사용되지 않았습니다. 하지만 ‘디스트릭트9’ 와 ‘해리포터와 죽음의 성물’ 등의 많은 영화에서 광범위하게 사용되었습니다. 흥미롭게도, RenderMan 새이더를 만드는 Lollipop Shaders (http://lollipopshaders.com/에 의한 구매 패턴에 의하면, 3Delight는 미국 이외에서 더욱 인기가 있습니다. 오스트레일리아, 러시아 및 기타 부차적인 시장에서 3Delight는 강력한 브랜드를 가집니다.


Maxwell: Next Limit
맥스웰은 건축시각화 분야, 디자인 및 애니메이션에 3ds Max 나 3ds Viz와 연계하여 자주 사용됩니다. Maya나 Softimage와도 사용이 됩니다. 애니메이션에도 사용이 되고 있지만, 필름이나 TV 외의 분야에서 넓은 어플리케이션을 가지고 성공하고 있습니다. 사실 최근에야 옵션으로 Rec.709 렌더링이 지원되었습니다.

맥스웰 렌더는 사진과 같은 이미지의 제작에 도움을 주는 소프트웨어 패키지로 매우 정확한 이미지를 만들어 냅니다. 2년간의 내부적 개발을 거쳐 2004년 12월에 초기 알파가 소개가 되었고 메트로폴리스 라이트 트랜스포트 변화량에 의한 글로벌 일루미네이션 알고리즘을 사용합니다.





맥스웰 랜더는 비편견 렌더링의 채용을 널리 이용가능하게 한 선구자였습니다. 그리고 GI 알고리즘은 단순화된 렌더링 경험을 제공하기 위해서 물리적 형태의 카메라에 직접 연계되어 있습니다. 맥스웰의 가장 큰 장점 중 하나는 사용자들이 일반적인 스캔라인 렌더러나 레이트레이서들 처럼 일루미네이션 변수 설정들을 임의로 수정할 필요가 없다는 점입니다. “그런 것들을 수정하는 대신, 맥스웰은 실제 세계와 같이 행동합니다.“ 


Next Limit의 맥스웰 랜더 기술 컨설턴트 Dario Lanza 씨가 설명합니다. “수정을 위한 수많은 패널들이 없다는 점이 맥스웰을 사용하기 정말 쉽게 만들습니다. 맥스웰에서는 실제세계에서 하는것과 동일한 제어변수를 가집니다. 매우 적은 수정변수를 가지고 처음부터 사진과 같은 이미지들을 얻을 수 있습니다.”

누구나 예상하듯이, 맥스웰 렌더러는 Next Limit의 리얼플로우 유체 시뮬레이션 소프트웨어와 ‘발군의’ 호환성을 갖습니다. 사용자들이 그들의 리얼플로우 파티클 시뮬레이션을 직접 맥스웰 랜더에서 렌더링 할 수 있는데, 랜더링시 포인트클라우드로 메쉬화 합니다. 현재 버전은 2.6.10입니다. 이 버전은 섭서페이스 스캐터링과 모션블러 (특히 볼류메트릭)에서 더 속도가 개선되었습니다. 


2.6버전 이후 새로운 기능은 맥스웰을 위한 ‘플러그인’이나 확장을 생성하는 능력입니다. 이들은 랜더 과정의 많은 분야에 도움이 됩니다. 이는 맥스웰을 “다른 것들과 더 잘 어울리게” 하기 위한 Next Limit의 전반적 움직임의 일부입니다. 최근 그 팀은 헤어/털/섬유등을 렌더링 하기 위한 새로운 프로시저럴 프리미티브 확장기능을 소개했는데 – 대부분의 인기있는 헤어시스템과 호환됩니다. 섬유는 다음과 같이 지원되는 여러 헤어 편집 툴에 의해 생성될 수 있습니다.


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· Shave&Haircut for Maya
· Maya Fur from Maya
· Ornatrix for 3DSMax
· Hairtrix for 3DSMax
· Hair and Fur from 3DSMax
· Cinema Hair from Cinema4D


섬유는 랜더시에 생성됩니다. 이는 폴리곤으로 변환할 필요가 없어서 렌더링이 더욱 효율적이라는 의미입니다. 각 섬유는 단순히 평면 리본이 아니라 실제 볼륨을 갖습니다. 유사하게, 현재 맥스웰에서 파티클을 위한 프로시저럴 프리미티브를 사용하여 파티클을 렌더할 수 있습니다. 이는 대부분 인기있는 파티클 시스템과 호환됩니다(예를 들면 RealFlow 파티클, Maya 파티클, 3ds Max 파티클)

Arnold와 마찬가지로, 지오메트리 인스턴싱, 오브젝트 레퍼런스기능과 프로시저럴 지오메트리를 가집니다. 맥스웰은 Arnold와는 다릅니다. 직접 패스 추적 시스템이기 때문에. 그 결과로 훌륭한 커스틱스를 제공합니다. “보통의 레이트레이서는 멋진 방법으로 커스틱스를 해결하려면 무한한 시간이 걸릴겁니다. 하지만 직접 패스 접근법은 매우 최적화된 방법으로 산란을 제공하며, 매우 빠르게 매우 멋진 커스틱스를 제공합니다.“ 이건 Arnold가 할 수 없는 것입니다.





맥스웰은 처음에는 엔터테인먼트 산업에 초점을 맞추지 않았습니다. 그 결과 첫 맥스웰 버전 1은 애니메이션 효과를 작업하는데 느렸습니다. 이 속도문제는 2버전에서 크게 개선되었습니다. 비록 그 원래의 ‘느린’ 꼬리표는 일부 잠재적 사용자들의 마음에 문제점으로 남아있지만요. 


이 제품은 중지 후 재랜더를 하거나 인터렉티브한 프리뷰 및 완전히 재렌더링 하지 않고도 랜더 도중 라이트의 세기나 색상을 수정하는 능력과 같이 사용자 경험을 개선하기 위한 많은 툴을 제공합니다. 매우 효과적인 복셀 섭디비전 덕분에 씬 지오메트리 복잡성의 측면에서 잘 확장하며 병렬 팜 프로세싱 접근법에 대해서도 잘 확장합니다.

맥스웰에서 만든 결과들이 아름다운 것은 의심할 나위가 없으며 이제 TVC작업과 영화에서도 더 널리 사용되기 시작했습니다. 시드니의 Fuel VFX는 최근에 맥스웰 랜더를 사용해서 사진 같은 레고 광고를 만들었으며 Matte Murphy감독을 위한 렉서스 광고도 만들었습니다.


Maya에서 만들어 멕스웰로 렌더링되었는데, Fuel의 아티스트들은 실제 자동차의 샷과 CG버전이 필요한 샷들 사이의 자연스런 전환을 가능하게끔 렉서스를 사진과 같이 정확하게 복제할 수 있었습니다. 이 자동차는 약간의 텍스쳐 표면을 가진 고정된 플랫폼에서 촬영되어서, 그 후 움직이는 CG 짐벌을 위해 재현되었습니다. 곶은 헬기촬영 중에 스캔되었고 아티스트로 하여금 복잡한 편집시에 유연성을 주기 위해 3D로 재생되었습니다.





Fuel VFX supervisor Dave Morley씨가 말합니다. “대개 Fuel을 위한 맥스웰에 관해 말할 수 있는 것은, 우리 광고 파이프라인에 대해서는 맥스웰과 같은 룩 개발의 속도를 제공하는 렌더러는 없다는 것입니다. 느린 렌더러라는 점은 동의합니다. 하지만 빠르게 변화하고 있으며 우리는 사람들에게 그들이 하고있는 것과 그들이 지향하는 것에 관해 많은 것을 말합니다. 


그들은 특정 측면에서는 드라마틱하게 랜더속도를 향상시키며 현재도 멈추지 않습니다. 우리는 룩 개발 양상이 맥스웰을 사용해서 5-10배 빠를 수 있다는 것을 알았습니다. 솔직히 요즘은 그게 가장 중요한 점입니다. 따라서 결국에는 렌더 시간이 같아지게 됩니다. 그러나 반복적으로 최종 룩을(비록 덜 해결된 상태에서라도) 더 빨리 보여줄 수 있습니다.


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A still from the Lexus spot.


“우리는 몇 시간만에 아티스트과 감독들이 어느 정도 진행되었으며 밤에는 같은 품질이지만 단지 다음 ‘수준’의 품질이라고 보여주는 표식만 더해졌다고 느낄만한 품질로 랜더링을 개선시킬 수 있습니다. 이 과정은 특정한 셰이딩 수준이나 시간에 기준하여 조절할 수 있는데, 이는 광고에서는 환상적입니다. 


만약 우리가 오전10시에 고객 프리젠테이션을 한다면, 우리는 거기서부터 역으로 각 프레임이 최고의 퀄리티를 얻기 위한 최대한의 시간동안 렌더링 하고, 프리젠테이션 준비를 위한 합성할 시간에 맞춰 끝낼 수 있습니다(나중에 렌더링을 계속할 수 있다는 것도 알고 있습니다). 이 과정은 곧바로 최종 품질의 느린 렌더를 실행하는 것에 비해 진화하기에는 훨씬 빠른 협업 과정을 허용합니다.


3ds Max Scanline renderer
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3ds Max Scanline렌더러는 단지 프로시저럴 맵과 단순한 라이팅을 사용하여 라디오시티/GI 룩을 흉내냅니다. From 2002 by Marcelo Souza


세계에서 가장 일반적인 렌더러는 3ds Max Scanline 렌더러입니다. 3ds Max와 함께 제공되는 4개의 렌더러 중 하나입니다. 오토데스크의 소스에 따르면, 여전히 80퍼센트의 맥스 사용자들이 여전히 이 렌더러를 어떤식으로든 사용한다고 합니다.

최근까지도 이 렌더러는 비록 메이저 제작사에서 주요 렌더러로 보통 사용되지는 않지만, ILM의 디지매트 부서와 같이 메이저 제작사의 많은 부서에서 카메라 맵핑(때로는 Brazil로 렌더링 하지만)을 위해 사용되었습니다.

3ds Max에서 렌더링된 씬과 시퀀스는 더 큰 오토데스크 시스템의 일부가 되는 것으로 이득을 얻습니다. 예를 들어, 3ds Max 2013에서는 이제 다운스트림 합성을 위한 패스와 세그먼트들을 쉽게 생성할 수 있습니다. 이 기능은 “State Sets”라고 불리는데 주로 새로운 랜더 패스 시스템으로 고안되어 있습니다만, 그 용도만 있지는 않습니다(예를 들어, 렌더링을 하지 않는 모델러와 게임 개발자들도 오브젝트의 투명도나 조명 상태 등을 제어하기 위해 사용할 수 있습니다). 


State Sets의 또 다른 면은 각 세트가 다른 렌더러를 사용할 수 있으며 부수적으로 랜더 엘리먼츠를 내보낼 수 있다는 점입니다. 예를 들어, 한 state는 GPU를 사용하는 퀵실버를 이용해서 AO패스를 렌더링 하고, 다음 state는 뷰티패스와 스펙큘러, 디퓨즈 등의 렌더 앨리먼트를 렌더링 하기 위해 멘탈레이를 사용한 다음, 세번째 state는 스캔라인을 이용해서 매트와 zdepth 패스를 렌더링 할 수 있습니다. 이 모든 것은 자동화 할 수 있으며, 사용자들로부터 오래도록 요청받은 기능입니다.

3ds Max 의 새로운 랜더 패스 시스템 덕분에, 사용자들은 Smoke 2013, After Effects나 포토샵 혹은 다른 이미지 합성 소프트웨어들을 위한 렌더 엘리먼트들을 더 쉽게 생성할 수 있습니다.

스캔라인 렌더러는 두 가지 방법으로 간접조명을 할 수 있습니다. 하나는 라이트트레이서라 불리는 Brute Force 방법이며 두 번째는 라디오시티라 불리는데, 이는 Autodesk Lightscape를 위하여 개발된 전통적인 기술에 기반한 것입니다(결과가 첫 계산 후 버텍스 노말 셰이딩). 라디오시티의 사용은 줄어들었지만 게임엔진이나 시뮬레이션과 같은 곳에 라이팅을 베이킹 하는데 여전히 사용할 수 있습니다.

많은 사용자들에게 기본렌더러의 단순하고 효율적인 렌더링이 그들이 추구하는 것이라는 점과 더 복잡한 사진 같은 GI솔루션이 모두와 모든 작업에 필요하지는 않다는 점은 주목할 만합니다. 하지만 여기서 우리의 관심은 큰 프로덕션에서 GI의 ‘유리’나 ‘렌즈’를 통한 하이엔드 마켓에 있습니다.


Mantra – Houdini (Side Effects Software)
만트라는 여전히 Side Effects Houdini 패키지의 렌더러입니다. 후디니 고객들도 많이 사용하고 있는 픽사의 RenderMan과 많은 면에서 유사합니다. 그리고 만트라로 인해서, 더 자세히 말하면 만트라에서 제공하는 복셀 렌더링으로 인해 Side Effects의 Andrew Clinton과 Mark Elendt 에게 올해의 과학기술 오스카가 수여되었습니다. 


그들은 만트라 소프트웨어의 마이크로 복셀의 발명과 통합에 대해 기술 성취 상(아카데미 인증)을 받았습니다. 이 기술은 처음으로 마이크로 폴리곤 이미징 파이프라인 내에서 다른 컴퓨터 그래픽 오브젝트들과 함께 연기나 구름과 같은 볼류메트릭 효과들의 통합되고 효율적인 렌더링을 가능하게 했습니다.

렌더맨도 볼류메트릭을 렌더링 할 수 있지만 후디니가 이펙트 애니메이션, 특히 연기, 가스나 볼류메트릭과 같은 효과들로 유명합니다.


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Download Video
Rhythm & Hues가 “The Mummy: Tomb of the Dragon Emperor“에서 눈 효과의 일부를 위해 Houdini와 Mantra를 사용했습니다.


Side Effects가 마이크로-복셀 기능을 추가하기 전에는 그들은 하이드리드 접근을 했습니다. 폴리곤 서페이스가 지원되는 스캔라인 파트와 함께 볼륨을 렌더링 하는 유일한 방법은 셰이더를 작성하는 것이었습니다. “여러분만의 커스텀 광선 행진을 하기 위해 혹은 스프라이츠를 렌더링 하기 위해”. 2012년 2월 fxguide에서 발간한 이야기에 Andrew Clinton 씨가 설명했습니다. “그래서 우리는 이 멀티-폴리곤 렌더러의 기능들 중 일부를 볼륨 렌더러속으로 집어넣고 싶었고, 그래서 두 세계의 최고를 얻었습니다.” 


Mark Elendt 역시 이 이야기에 대해 인터뷰를 하고 덧붙였습니다. “그 마이크로 폴리곤 렌더러는 가장 표준적인 REYES구조였으므로, 복잡한 서페이스를 가지고 마이크로폴리곤이라 불리는 것을 얻을때 까지 더욱 간단한 서페이스로 분할하게 됩니다. 그런 다음 각 마이크로폴리곤을 셰이드 하고 이들을 샘플링 합니다. 이 방법은 서페이스에 대해서는 훌륭합니다만 그런 기술을 사용하여 볼륨을 렌더링 할 수 있는 방법이 없었습니다. 그래서 우리는 볼륨을 위해 REYES구조를 확장하려 했고 더욱 복잡한 비정형 프리미티브를 만들었습니다.“



- Above: a demo of Mantra’s rendering enhancements in Houdini 12.


만트라는 후디니의 일부로 오랫동안 제공되어오고 있습니다. 볼류메트릭 모션블러 같은 것들과 딥 컴포지팅과 같은 많은 다른 복잡하고 첨단 접근법과도 매우 잘 작동합니다. 마이크로폴리곤 접근법의 가장 큰 장점 중 하나는 셰이딩과 샘플링이 두 개의 서로 다른 것으로서 이들이 두 개의 서로 다른 별도의 품질 제어 다이얼을 가지고 있다는 사실입니다. “여러분은 이렇게 말하면 됩니다, ‘난 고품질의 모션블러를 원해’, 그리고 여러분은 셰이딩을 위해 추가비용을 지불할 필요가 없습니다.” 


Clinton이 말합니다. “우린 그것으로부터 효율성 절약을 얻을 수 있습니다. 그리고 더 훌륭히 컨트롤할 수 있죠. 따라서 더 좋은 품질의 모션블러를 얻기 위해서 픽셀당 많은 수의 광선을 추적하지 않아도 더 좋고 빠른 모션블러를 얻을 수 있습니다. 이건 피사계심도에서도 같습니다. 또한, 우리는 딥 이미지와 딥 섀도우를 생성하는 우리 이미지 프로세싱 파이프라인에 통합할 수도 있습니다.”

만트라는 IFD 파일을 렌더링 하는데 RenderMan의 RIB파일과 비슷하지만 다릅니다. 그리고 만트라가 후디니의 일부이지만 다른 소프트웨어들이 만트라에서 렌더링 할 수 있습니다. 프로덕션들이 만트라로 애니메이션을 렌더링하거나 다른 호스트 패키지로부터의 모델들을 렌더링 할 수 있습니다.


Modo: Luxology
모도는 Luxlogy 에 의해 개발된 폴리곤 및 섭디비전 서페이스 모델링, 조각, 3D 페인팅, 애니메이션 및 렌더링 패키지입니다. 이 프로그램은 OSX와 윈도우에서 동작합니다.


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Wes Ball's RUIN rendered using Modo


모도는 이전에 선구적인 3D 어플리케이션이었던 뉴텍의 LightWave 3D를 만들었던 그 소프트웨어 엔지니어들과 동일한 핵심 그룹에 의해 만들어 졌습니다. Lightwave3D는 원래 아미가 플랫폼에서 개발되었고 80년대 후반과 90년대 초반 TV스튜디오에서 인기있었던 아미가 기반 비디오 편집 워크스테이션과 번들되었습니다. 그들은 캘리포니아 마운튼 뷰에 위치하고 있습니다.

2001년, 뉴텍의 3D개발 부사장이었던 Brad Pebbler가 회사를 떠나서 Luxology를 만들었습니다. 그리고 Allen Hastings 와 Stuart Ferguson 이 합류했습니다. Allen Hastings는 라이트웨이브 레이아웃의 초기 개발자였으며 Stuart Ferguson은 라이트웨이브 모델러 였습니다. 그들은 그들 어플리케이션의 0에서 7.5버전까지 주요 엔지니어 였습니다. 


Ferguson은 혼자힘으로 라이트웨이브를 아미가에서 윈도우PC, 델의 알파, Mips 프로세서 뿐 아니라 SGI와 맥에까지 크로스 플랫폼 툴킷 작업을 했습니다. 2002년 초에 Hastings, Ferguson, Pebbler는 Luxology를 시작했습니다. 3년 이상의 개발 기간을 거쳐 Modo가 Siggraph 2004 에서 소개가 되었고 같은 해 9월에 출시되었습니다.

오늘날 모도의 버전 601은 건축, 제품디자인, 패션, 사진, 광고, 게임 ,방송 및 영화등의 매우 다양한 시장에서 사용되고 있으며 고객들은 Id Software 와 Valve에서부터 Pixar, ILM 에 이르기까지, JC Pennys와 혼다에서부터 인디 개발자와 아티스트에 이르기까지 다양합니다.


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모도의 렌더러는 일반 목적의 물리 기반 레이트레이서입니다. 커스틱스, 분광, 스테레오 입체 렌더링, 프레넬 효과, 섭서페이스 스캐터링, 블러리 굴절(간유리 같은), 볼류메트릭 라이팅(스모크 바 효과), 그리고 딥 섀도우와 같은 기능을 가지고 있습니다.


글 첫머리에서 말했듯이 커스틱스는 렌더링에서 흥미로운 문제가 될 수 있습니다 – 모도는 두 종류의 커스틱스를 사용할 수 있습니다. 직접광 소스로부터의 커스틱스는 포톤 맵핑을 사용하여 시각화될 수 있으며, 환경과 다른 오브젝트로부터 오는 커스틱스는 간접 일루미네이션 샘플링의 일부로 처리됩니다.

Brute Force 몬테 카를로에 기반하고 있으며 기본 샘플링 방법이 간접일루미네이션에 사용됩니다. 이라디언스 캐싱은 속도를 향상시키는데 사용될 수 있습니다. Hastings가 말합니다: “렌더러의 ‘프론트엔드’ 구조는 조금 독특합니다. PRMan과 같은 디커플드 샘플링을 채용하고 있지만 모든 서페이스를 마이크로폴리곤으로 나눌 필요가 없습니다.

기사에서는, 모도 렌더러의 엔진 내부는 빠른 레이트레이서이며 최대의 정확성과 품질을 위해서 그 연산 전체에 걸쳐 하이 다이내믹 레인지 라디안스 단위를 사용합니다.’라고 쓰여있습니다. 이 말은 레이트레이싱 코드는 상당히 죄적화 되었으며, 조명에 의해 방출되고 광선에 의해 운반되어 프레임버퍼에 저장되는 색상들이 모두 부동소수점으로 나타나며 제곱미터당 스테라디안 당 와트(SI radiance 단위)의 용어로 지정됩니다.


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이 랜더는 매우 물리적으로 실제와 같은데 “만약 실제적인 변수가 조명이나 재질에 지정되고, 어떤 설정들이 변하지 않는다면(indirect multiplier와 같은) 만들 수 없는 현상은 편광과 같은 몇 가지 뿐입니다. 셰이딩은 SDK를 통해 커스터마이징 가능하므로 플러그인 텍스쳐와 셰이더들을 허용합니다.” Hastings가 말합니다.

Wes Ball은 그의 새 단편 스테레오 CG영화 “RUIN’”에서 모도의 렌더러를 사용했습니다. “모델링과 렌더링에 기본적으로 모도를 사용했는데 제 생각엔 뭔가 사람들을 놀라게 할 만합니다.” Ball이 말합니다. “모도는 매우 젋은 프로그램이지만, Luxology에 있는 친구들은 정말 대단한 걸 신경써서 만들고 있으며 놀라운 툴을 만들고 있습니다. 


하지만 지난주 까지는 디포머 기반의 애니메이션을 할 수 없었습니다. 그래서 전 라이트웨이브를 사용해서 카메라와 캐릭터 애니메이션을 했습니다. 그리고 FBX를 사용해서 두 프로그램 사이를 오갔죠. 그 작업을 하기 위해서 null hierarchy에 기반한 rigs를 가지고 다소 재미난 과정을 찾아냈습니다. 모양에 관한 한은 , 전부 모도입니다. 환상적인 렌더러입니다. 


GI 에 대해서는, 멋진 Brute Force 몬테 카를로입니다. 모도의 GI는 정말 빠릅니다. 그리고 그 모든 것 중에 핵심은, 전세계적 관점에서, 인스턴싱의 장착이었습니다. 그들은 리플리케이터라고 부르는데 정말 굉장한 기능이에요.”

모든 회사들은 언젠가 의사결정을 해야 할 필요가 있습니다. 현재 모도의 성장과 601 버전의 훌륭한 사용자 선택에 대해 Hastings에게 물었습니다. “만약 당신이 스피드, 거대한 파일 처리능력, 기능들 중에 평가를 한다면, 당신의 초점은 어디에 있습니까?” 그가 답했습니다, “우리는 세 분야 모두에 개선을 위한 계획이 있습니다. 만약 내가 그 중 하나만 꼽는다면 아마도 거대한 씬이 되겠죠.”


CINEMA 4D – Maxon
Cinema4D는 두 핵심 렌더러를 가지고 있습니다. 그리고 픽사 RenderMan, 3Delight 와 기타 RenderMan 호환 렌더러들과도 호환됩니다. V-Ray와 멘탈레이 브리지 역시 사용할 수 있습니다(아래 참조). 또한 헤어를 위한 특수한 렌더러와 Sketch and Toons라 불리는 툰 스타일의 비사실렌더 혹은 NPR(None PhotoReal) 을 위한 렌더러도 있습니다.

C4D의 렌더러는 멀티 프로세서, 하이퍼쓰레딩 및 멀티코어 기술을 지원합니다. 두 개의 핵심 렌더러들은 일반 랜더와 물리적으로 정확한 렌더러인데, 후자는 지난 두 번의 버전에서부터 지원됩니다. C4D 씨니어 아티스트이자 TD, Supervisor인 Tim Clapham씨는 “지난 두 번의 버전에서, 새로운 물리기반 렌더러가 이용가능 하며 아름다운 피사계심도와 모션블러를 위해 전 이걸 사용합니다.”


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C4D screenshot.


피지컬 렌더러는 실제 카메라에서 볼 수 있는 피사계심도, 모션블러, 비네팅, 색수차와 같은 광학 효과를 시뮬레이션 하기 위해 고안된 실세계의 변수를 포함합니다. 또한 추가적인 간접일루미네이션 모드를 제공합니다. 


물리적으로 정확하다는 말의 뜻은 사용자가 필름 카메라처럼 카메라를 조절할 수 있다는 의미입니다. 그 결과 모션블러나 피사계 심도 블러가 매우 실제 카메라와 비슷합니다. 아티스트나 TD가 F-Stops 와 셔터 각도를 설정할 수 있습니다. 피사계심도나 모션블러가 먼저 계산될 것인지 사용자가 결정하도록 하지 않고 결과가 완성되는데 이는 포스트 프로세싱에서 문제가 될 수 있습니다.

C4D는 뚜렷한 렌더 비용이 발생합니다만, 빛이나 이미지 기반 라이팅으로부터 생성된 볼륨 및 서페이스 커스틱스도 지원합니다. Clapham은 또한 Maxon 이 RenderMan 호환 렌더러를 위한 인터페이스 툴인 CineMan을 제공한다고 말합니다. CineMan은 C4D고유의 재질들을 렌더링을 위해 RIB파일들로 변환시키는데, C4D내에 RIB 컨터이너들이 있어서 손쉽게 여러분만의 RIB파일들을 불러올 수 있습니다.

또 한가지 멋진 기능은 C4D에서 섭서페이스 스캐터링(SSS)이 단일 포괄 셰이더로 이루어진다는 점입니다. 이는 스캐터링 관점에서 각 색상들에 대한 서로다른 파장 조절을 가능하게 하는데, Chapham은 이러한 접근법의 품질과 손쉬운 사용을 정말 좋아합니다. SSS는 최근에 완전히 재작성 되었으며 빠른 시작을 위해 프리셋들을 가지고 있습니다.

C4D의 멀티패스 렌더링은 사용자들이 어떠한 기본 합성 프로그램을 사용하더라도 쉽게 합성할 수 있도록 해 줍니다. 다중 오브젝트 기반 알파 채널은 요소들을 다른 2D나 3D 자산들과 쉽게 레이어할 수 있게 해 줍니다. 


어도비 포토샵, 애프터 이펙츠, 파이널 컷 프로, 퓨전 및 모션으로의 직접 내보니기를 지원하며, DPX, HDRI 나 OpenEXR 포맷으로 16비트 및 32비트 고명암비 이미지로의 렌더링을 지원합니다. 이는 Nuke, Flame이나 직접 지원이 되지 않는 기타 하이엔드 합성툴과의 작업을 가능하게 합니다. 다만 Nuke 에서는 채널당 멀티레이어로 단일 입력 노드를 사용해야 합니다. Open EXR 이 지원됩니다.



- Above: watch the Maxon C4D demo reel.


개별 라이트 패스를 렌더링 하기 위해서 After Effects Exchange가 있습니다. 이는 각 라이트들이 개별적으로 작성될 수 있으며 AE에서 pre-comp 양식을 만들 수 있다는 뜻입니다. 이 개별 라이트 패스는 Nuke에서도 사용가능하거나 가져올 수 있지만 프리빌트는 아닙니다. AE와의 exchange는 최신 버전에서 상호교환가능합니다. AE로의 내보내기나 AE에서 C4D로의 내보내기는, 일부 사용자들이 원하는데, The Foundry의 AE-3D트래커의 사용을 가능하게 합니다.

GI는 IBL로의 확장을 지원합니다. C4D의 피지컬 스카이는 쉽게 수정가능하며 고명암비 정보를 제공합니다. 라이트/로케이션 시뮬레이션을 위한 시간과 장소 옵션을 가지고 있습니다. IBL은 피지컬랜더에서와 랜더 프리셋의 GI옵션에서의 두 가지 방법 중 하나로 사용될 수 있습니다. GI 렌더 프리셋에서 여러가지 옵션들과 방법들 (QMC와 같은) 가운데서 선택할 수 있습니다.

C4D의 웹사이트에 따르면 Cinema4D에서 지원되는 렌더러는 다음과 같습니다 :


· 3delight (via CineMan*)
· AIR (via CineMan*)
· Arion Render
· FinalRender Stage 2
· fryrender
· Indigo Renderer
· LuxRender
· Maxwell Render
· mental ray / iray (via m4d)
· octane render
· Pixar’s RenderMan (via CineMan*)
· VRay for C4D




Brazil


일부 매우 작지만 매우 충성스런 팬 기반을 가진 렌더러들이 있는데, Brazil과 같은 렌더러입니다. Brazil은 3ds Max에서만 사용가능하지만, 이 렌더러를 신뢰하는 컬트스러운 추종자들의 매우 작은 그룹이 있습니다. 두 명의 전직 Blur 스튜디오 아티스트들에 의해 개발되었으며, 


특히 디지털매트 아트스트등과 같은 샌프란시스코 베이 지역의 일부 고급사용자들의 커뮤니티에 의해 매우 활발히 사용되고 있습니다. Brazil은 매우 강력하지만 V-Ray처럼 무턱대고 받아들여지지는 않았습니다. Brazil 은 한때 인기를 얻기 시작했지만 최근에는 잘 들을 수 없습니다. 한 유저가 말했습니다. “Brazil은 태평양 북서나 LA에서 컬트와 같은 신봉자들을 가지고 있습니다. 이들은 큰 그룹은 아니지만 “캐리비안의 해적” 등에 사용한 ILM도 포함합니다.”


finalRender – Cebas Visual Technology
finalRender 3.5 for 3ds Max 는 두 가지 버전으로 제공됩니다. finalRender 3.5는 일반적인 사용자층을 목표로 하고 있으며, finalRender 3.5 SE(Studio Edition)은 더 큰 프로덕션이나 최고의 품질과 유연성을 추구하는 상급 사용자들을 위한 완벽한 선택입니다. finalRender는 ‘The Day After Tomorrwo’ 와 ‘2012’에서 널리 사용되었습니다. 드물게도 다른 렌더링 엔진 셰이더와 잘 통합이 됩니다(예를 들어 멘탈레이 셰이더를 렌더링 합니다).

애니메이션이나 이펙츠 작업보다는 건축 쪽에 주로 사용되었습니다. finalRender는 언제나 GI솔루션이었습니다. 최근들어 finalRender의 글로벌 일루미네이션 시스템이 많은 부분에서 HarmonicsGI 로 정비가 되었고, 이 버전은 속도 최적화와 작업환경 개선에 매우 조화를 이루었습니다.



- Above: watch a scene from Alice in Wonderland utilizing finalRender. VFX by CafeFX.


새로운 3.5 시스템은 ‘오래된’ Image-GI 글로벌 일루미네이션 엔진의 향후 대체로서 의미를 가집니다.

Image-GI 글로벌 일루미네이션 엔진은 2002년에 처음 cebas에서 소개되었습니다. 그 이후로 완전히 업데이트 되었으며, 새로운 알고리즘은 멀티코어와, 믿을만하고 빠른 글로벌 일루미네이션 장면들을 만드는데 사용되는 GI 방법에 광범위한 세련된 접근법을 제공하며, 또한 수백만 폴리곤을 가진 오브젝트 수천개가 애니메이션 되는 복잡한 씬에서도 안정적입니다.

finalRender는 볼륨 커스틱 렌더링 효과와 함께 반사/굴절을 위한 커스틱 렌더링 효과를 제공합니다. 커스틱스 알고리즘은 멀티스레딩을 지원하여 커스틱 효과를 사용할 때 빠른 렌더링 속도를 가능하게 합니다.

finalRender는 3ds Max 내에서 단일 렌더링 패스로 스테레오 솔루션을 제공합니다. 그들의 웹사이트에 따르면 “앨리스 인 원더랜드”에서 이 파이프라인을 사용했다고 합니다. 전직 CafeFX 이펙츠 수퍼바이저였던 Sam Korshid씨는 독창적이면서 라이브 액션 장면과 아무 문제가 없고 마야에서 만든 렌더링 셋업에 대응할 수 있는 3ds Max에 적당한 렌더링 솔루션을 위한 긴급한 필요를 가지고 cebas 에 접근했습니다. 


“앨리스 인 원더랜드”의 빠듯한 제작 일정 내에서, cebas는 새로이 진정한 3D 스테레오 카메라 모델을 개발하여 finalRender 3.5내에 통합시켰습니다. 이는 이런 대규모 프로덕션에 대해서 이상적인 렌더링 솔루션임을 증명했습니다.


CPU vs GPU
Solid Angle은 CPU렌더러입니다. 그리고 그 코드가 GPU솔루션을 장착히기 위해 분리될 것 같지는 않습니다. 많은 사람들이, 영화 제작에서 GPU렌더링이 옵션이 되기까지는 좀 더 시간이 걸릴 것이라고 느낍니다. Arnold 제작자 Fajardo는 GPU 작업을 위한 코드는 실제로 매우 어렵다고 지적합니다. 단순한 GPU 래이트레이싱은 쉽고 널리 지원됩니다. 하지만 큰 규모로 최적화된 프로덕션 렌더링은 완전히 다른 얘기입니다.


아마도 이런 이유로 대부분의 GPU렌더링은 3ds Max 파이프라인에 중점을 두고 아마 포커스를 맞추는 것 같습니다.

다른 회사들도 Solid Angle의 입장에 동의합니다. “우리는 아티스트들이 한계를 갖지 않도록 렌더링 엔진을 가속화하기 위해 끊임없이 다양한 방법들을 평가하고 있습니다.” Luxology의 Allen Hastings가 말합니다. “우리는 modo에서 가능하다면 GPU의 사용을 늘릴 계획을 가지고 있습니다. 


현재, 우리 테스트에 의하면 우리 순수 CPU렌더링 엔진은 순수 속도에 있어서 최고의 GPU렌더링 엔진과 견주어 매우 경쟁력이 있으면서 데이터 규모나 셰이더 복잡성의 아무런 제한이 없습니다. 사실, 많은 경우 우리 렌더러는 비교할만한 GPU솔루션보다 훨씬 빠릅니다. 우리 목표는 항상 사용자들에게 속도, 성능과 품질에서 최대의 균형을 제공하는 것입니다.” 


GPU렌더링은 매우 빠르지만 최종 하이엔드 대규모 영화 렌더링 제작에는 일반적으로 사용되지 않습니다. 그리고 GPU 장편 영화 파이프라인에 강력한 미래가 있을지 여부에 대해 다양한 논쟁들이 있습니다. 확실히 단기적으로는 대형 이펙츠 회사에서 대부분의 GPU 팜은 시뮬레이션 작업을 위해 사용되고 있지만 최종 렌더링에 사용되지는 않습니다.

GPU렌더링 어플리케이션은 프리비주얼이나 온셋 리얼타임 ‘게임엔진’ 솔루션과 같이 모션캡쳐를 하는 동안 DOP나 배우의 피드백을 제공하는데 더 많이 사용될 것 같습니다. 개봉 예정인 “어벤저스” 영화에서, 헐크 캐릭터를 연기한 Mark Ruffalo의 모션 캡쳐 도중에, Ruffalo는 – 모캡 스튜디오에서 모션 캡쳐 옷을 착용한 채로 - 그의 움직임을 마치 가상의 복장처럼 모니터에서 실시간으로 헐크로 볼 수 있었습니다.


IRay

NVIDIA는 GPU렌더링을 장려하는데 다른 어떠한 회사들보다 더 열심입니다. 그리고 엔터테인먼트 어플리케이션의 다방면에 사용하고 있습니다. NVIDIA의 iRay는 GPU렌더러와 클라우드 솔루션 및 분산 솔루션 두 가지로 제공됩니다. iRay는 영화나 TV프로덕션에 초점을 맞춘 멘탈레이와는 달리 인터렉티브 디자인에 초점을 맞추고 있습니다.

Cuda에 의해서 하드웨어 가속이 되지만 만약 없을 경우에는 여전히 CPU에서 동작하며, 물리적인 기반의 포토리얼리즘을 위해 고안되었습니다.

오토데스크 M&E의 선임 기술 스페셜리스트 Gary M. Davis 씨는 말합니다. “iRay는 디자인 비주얼을 위한 포토리얼 렌더러로 많이 알려져 있지만 전 그보다 엔터테인먼트에서의 사용을 보여주기 위해 도전하고 있고 매일 나아지고 있습니다. 전 NVIDIA의 Maximus GPU보드들의 설치한 Boxx 워크스테이션으로 설정을 했는데 한대의 PC 가 놀라운 일을 할 수 있습니다.”

Davis씨가 덧붙여 말합니다. “기술적으로 NVIDIA Maximus는 Quadro 6000과 Tesla 2075 를 한대의 컴퓨터에 짝을 이룬 것입니다. 다른 카드들의 조합도 가능하지만 이들 두 개가 마케팅 목적으로 “Maximus”로 이름이 붙여졌습니다. 각각 6GB의 엄청난 메모리를 제공합니다. 3ds Max는 사용자 지정 방법을 통해 여러 GPU카드로 지능적으로 작업할 수 있습니다. 


예를 들어서, 테스트 랜더는 하나의 카드에서 ActiveShade라 불리는 기능을 사용하여 계속해서 렌더링을 할 수 있습니다. 그 동안 다른 하나는 모델링과 라이팅을 하는 동안 사용자를 위해서 부드러운 뷰포트 상호작용을 유지합니다. 그리고 나서 최종 프로덕션 렌더를 할 준비가 되면 장착된 모든 GPU카드에 있는 모든 Cuda코어를 사용할 수 있습니다.”

예를 들어, CPU렌더러에서 흔히 발생하는 “모션 블러와 피사계심도 추가하기” 의 문제가 iRay에서는 렌더링 시간을 늘리지 않습니다. 이게 정말 놀랍고 멋지죠.”


Quicksilver
3ds Max 4가지 렌더러를 가지고 있습니다:


1.     Scanline – CPU
2.     mental ray – CPU
3.     iRay – CPU and/or GPU.
4.     Quicksilver – DirectX Shader Model 3.0을 필요로 하며 하드웨어 가속이 되는 GPU렌더러로 비-포토리얼 이미지와 빠른 인터렉션으로 빠르게 둘러보기에 좋습니다.


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Provided by Autodesk AREA


“Quicksilver는 레이트레이싱이 필요없는 경우에 빠르고 좋습니다.” Davis가 설명합니다. “저는 개인적으로 애니매틱/프리뷰/프리비즈, 애니메이션 연습, 그리고 일부 방송 모션 그래픽족에 이걸 추천합니다.” 그리고 iRay와 마찬가지로 Quicksilver는 CPU렌더러에 비해 매우 뜻밖의 장점을 가집니다. “Quicksilver로 피사계 심도를 추가하는 것은 랜더시간을 늘리지 않습니다. 그냥 옵션일 뿐이죠.”

Quicksilver는 대부분의 셰이더와 맵 종류를 렌더링 할 수 있습니다. “만약 사용자가 멘탈레이의 Arch&Design 셰이더나 Autodesk Material Library 포토메트릭 셰이더를 고수한다면, iRay, Quicksilver와 멘탈레이는 교환가능하게 사용될 수 있습니다.”

Quicksilver는 단순화한 작업과정으로 보통의 멘탈레이 작업과정과 거의 동일합니다(사용자가 Quicksilver에서 무엇을 설정하건 별다른 노력없이 멘탈레이에서도 렌더링 가능합니다). 일부 사용자들은 빠른 프리뷰를 위해서 사용하거나, 고객 확인용으로 사용하며, 다른 유저들은 그들의 필요가 Quicksilver의 능력에 맞으며 큰 성능 향상을 얻을 수 있는 경우에는 실제 제작을 위해서도 사용합니다. 분명 모든 사용자가 그런 건 아니며 모든 문제에 그러한 것도 아닙니다. 오토데스크는 많은 씬에 대해 동일한 시각적 품질에서 멘탈레이 보다 10배 이상의 향상을 측정했습니다. 하지만 개별 상대적 성능은 하드웨어에 의존적입니다.

3ds Max Quicksilver 렌더러는 다음 과정으로 GI를 계산합니다 :


1. 모든 씬 지오메트리를 샘플링하고 저밀도의 포인트 셋을 생성합니다 (씬 정보를 저밀도 point clouds로 변환하는 것과 유사합니다)


2. 모든 조명 뷰를 렌더링 하기 위해 반사 그림자 맵 알고리즘을 사용합니다.(GPU에서 수행). 그리고 이전 단계로부터 샘플링된 포인트들을 각 조명 뷰에 프로젝트하여 각 포인트에 대해 간접조명을 얻습니다.


3. 조명된 샘플 포인트들로부터 유용한 가상 포인트 라이트들의 세트를 생성하고 이들 가상 포인트 조명들을 연기된 조명 시스템 위에 밀어넣습니다.
간접 그림자는 일반적인 방법으로 단지 가상 포인트 조명을 위한 섀도우맵을 가능케하여 게산됩니다.


KeyShot – Luxion
제품 디자인에 사용되는 GPU랜더러입니다. 대부분 그런 어플리케이션들이 이 기사의 범주 바깥에 있는 반면 실시간 레이트레이싱과 글로벌 일루미네이션을 사용하는 Luxion의 KeyShot 과 같이 이 영역에서 주목할만한 회사들이 있습니다.

KeyShot은 실제로 첫번째 그와 같은 리얼타임 레이트레이싱 및 글로벌 일루미네이션 프로그램으로서 CIE(국제 조명위원회)의 인증을 받은 물리적으로 정확한 렌더링 엔진을 사용합니다. Luxion은 디자이너나 엔지니어, 마케팅 전문가, 사진가 등의 제품 시각화 수요에 대응하는 것을 목표로 하고 있습니다. 맥스웰과 많이 유사하게도, 이 소프트웨어는 빛을 매우 완벽하게 모델링 하여 사용자 컨트롤이 프로덕션 영화 렌더러들에 비해 최소화 되어있어서 사용하기 쉽고 간단합니다.

Luxion의 고객 리스트에는 RED카메라 회사, Dell, HP, Microsoft, Nokia, Procter & Gamble, IDEO, frog design 과 SMART Design을 비롯한 포츈1000대 제조회사의 상당수와 많은 대형 산업디자인 회사들이 포함되어 있습니다.


Octane – Refractive Software / OTOY

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Real time image by Sam Lapere


Octane Render 는 세계 첫 GPU기반, 비편견, 물리 기반 레이트레이싱 렌더러 중 하나입니다. 하지만 단순한 GPU에서 클라우드 기반 GPU로 초점이 옮겨가고 있습니다.
Refractive Software의 Octane Render for 3ds Max 플러그인은 현재 상업용 베타 단계입니다.

Octane은 많은 GPU렌더링이 그러하듯이, 확장 및 성장의 주요 분야로 하이엔드 영화 제작 보다는 게이밍에 관심을 갖고 있습니다.

지난달 (뉴질랜드 기반의)Refractive Software는 40명의 직원을 가진 OTOY에 인수되었는데 ICT의 Paul Debevec과 상업적 제휴를 자랑하는 회사입니다. 작년에 OTOY는 오토데스크와 파트너를 이뤄 클라우드 렌더링 툴을 제공하고 있습니다. 오토데스크 역시 당시에 알려지지 않은 금액을 OTOY에 투자했습니다.

오토데스크 연구소의 부사장인 Brian Matthews는 OTOY가 렌더링, 캡쳐, 압축 및 그래픽칩 기술들에서 대단한 실적을 냈다고 말했습니다. 오토데스크는 OTOY의 클라우드 렌더링과 압축 기술이 광범위한 산업에 걸쳐 유용할 것이라고 믿습니다. OTOY는 주로 클라우드 컴퓨팅과 배우 캡쳐 기술에 주력하고 있습니다.

매우 이상하게도 venturebeat.com은 오토데스크가 또한 OTOY의 주요 경쟁사인 OnLive에도 투자를 하고 있다고 설명합니다. Octane의 설립자 중 한 명인 Terrence Vergauwen은 자신들의 forums에서 오토데스크는 OTOY를 통한 Octane과는 아무런 연관이 없다고 말했습니다. 비록 3ds Max에서 Octane이 실행되는것 처럼 어떤 방식으로든 어떻게 그 회사가 관련되지 않을 것인지는 상상하기 힘들지만 말입니다.

OTOY는 클라우드 기반 렌더링 기술을 만들었으며 이미지를 만들기 위해 데이터 센터의 서버 내부에 GPU들을 사용합니다. 이들 이미지들은 레이트레이싱을 이용해서 렌더링 되는데 Octane이 레이트레이싱 솔루션입니다. OTOY는 또한 고품질 3D 그래픽을 가진 클라우드 기반 게임을 렌더링 하기위한 기술인 Brigade에도 참여하고 있습니다.

Brigade 게임엔진을 이용해 OTOY 개발자 Sam Lapere는 2대의 GTX 580 GPU에서 이 테스트를 만들었습니다. 일루미네이션은 환경맵과 직접조명의 조합으로 되어 있습니다. 모델은 하늘과 태양에 의해 조명됩니다. 태양은 거리에 따라서 소프트 그림자를 만듭니다 : 그림자가 오브젝트로부터 멀어질수록 부드럽고 덜 어두워집니다.





“우린 게임 개발자를 위해 Brigade를 가까운 미래에 공개로 출시할 계획입니다.” Lapere씨가 말합니다. “그래서 인디 게임 제작자들이 이걸 사용하여 포토리얼한 게임을 만들 수 있습니다. 


게임은 (아마도) 클라우드를 통해 플레이 될 겁니다: 최종 사용자가 웹사이트로 가면 비디오 스트림이 팝업이 될 되고(Onlive 랑 약간 비슷), 풀 글로벌 일루미네이션과 모든 다른 레이트레이스된 효과로 렌더링된 인터렉티브 게임이 보여집니다. 우리는 현재 Brigade의 다이내믹 부분에 작업을 하고 있으며, 목표는 캐릭터와 오브젝트에 동시에 다중 다이내믹을 갖는 것입니다.”


Brigade와 Ontane render는 또한 “GPU 클러스터에서 클라우드로 렌더링 된 실시간 포토리얼리스틱 그래픽을 최종 사용자에게 제공하기 위해” 오토데스크가 그들의 클라우드 렌더링 플랫폼에 사용될 것이라고 그는 덧붙입니다.




주: Cover feature image rendered in V-Ray by Ramon Zancanaro.
(여거서는 별도의 커버 이미지가 없습니다)



2 comments:

  1. 천천히 다 보는 데도 꽤 시간이 걸리는데, 번역하시면서 몇 번을 보셨을 것을 생각하면 참 고생 많으셨습니다. 그리고 약간의 오타가 있지만, 전체적인 흐름을 읽는데는 별 문제가 없네요. 감사합니다. 덕분에 현재 출시된 Render의 특징들을 쉽게 습득했네요 그런데 오늘 기사를 읽으면서 든 의문은 Blender에도 Renderer가 있을텐데, 상용 프로그램 위주로 기사를 작성해서 그런지 Blender의 Renderer에 대해서는 언급을 안 했네요.
    "번역이 참 지루한 작업인데, 번역하느라 고생 많으셨습니다."

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    1. 고맙습니다.
      말씀처럼 블랜더 랜더러 (최근의 Cycles라든가) 뿐 아니라 Fry, Arion 등 여러 랜더러들이 없는 것도 사실이지만 그래도 대체적으로 많이 사용되는 랜더러들은 모두 포함이 된 것 같습니다.
      잔득 기대만 주고 사라져버린 Hungry Cat 에 대한 얘기도 좀 있었으면 싶은 생각도 듭니다.

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