언리얼 엔진 5 Lumen 글로벌 일루미네이션

 

1. 기존 GI 방식과 한계

게임 엔진에서 **글로벌 일루미네이션(Global Illumination, GI)**은 장면의 간접 조명을 계산하여 사실적인 조명과 그림자를 구현하는 핵심 기술입니다. 기존 엔진에서는 GI를 구현할 때 크게 두 가지 방법을 사용했습니다.

  1. 베이크(Baked) GI

    • 장면 조명을 사전에 계산하여 텍스처에 저장.

    • 장점: 실시간 연산 부담 없음, GPU 성능 저하 최소화.

    • 단점: 씬 변경 시 조명 재계산 필요, 동적 조명 반영 불가.

  2. 실시간 레이트레이싱(Ray Tracing) GI

    • 광선을 추적하여 실시간으로 조명을 계산.

    • 장점: 동적 씬에 즉시 적용 가능.

    • 단점: GPU 연산 부담이 매우 크며, 고성능 하드웨어 필요.

이러한 방식들은 성능과 현실감 사이의 트레이드오프를 반드시 감수해야 했습니다. 동적인 조명과 대규모 씬을 동시에 처리하기 어렵다는 한계가 존재했습니다.

2. Lumen의 핵심 아이디어

UE5의 Lumen은 이러한 기존 GI 문제를 해결하기 위해 개발된 실시간 글로벌 일루미네이션 시스템입니다.
핵심 특징은 동적 씬과 라이팅을 동시에 처리하면서 GPU 부담을 최소화하는 데 있습니다.

  • 실시간 반사와 간접 조명 계산
    Lumen은 화면 공간(Screen Space) 데이터와 가상 거리 데이터를 결합하여 간접 조명을 계산합니다.
    예를 들어, 플레이어가 이동하면서 빛이 벽에 반사되는 장면을 즉시 반영할 수 있습니다.

  • 하이브리드 접근 방식
    Lumen은 레이 트레이싱과 라이트 프로브(Light Probe) 기술을 혼합한 하이브리드 방식을 사용합니다.

    • 근거리 반사는 화면 공간 정보를 활용

    • 원거리 간접 조명은 가상 공간(voxel) 정보를 활용

이 방식을 통해 GPU 부담을 크게 줄이면서도 사실적인 조명 표현이 가능합니다.

3. 레이트레이싱과 비교

기존 레이트레이싱 GI와 Lumen을 비교하면 다음과 같은 차이가 있습니다.

항목레이트레이싱 GILumen GI
연산 방식광선 추적(Ray Tracing)화면 공간 + 가상 공간 하이브리드
성능GPU 부담 높음실시간 동적 씬 대응 가능
하드웨어 요구고성능 GPU 필요중상급 GPU에서도 작동 가능
동적 씬 반영즉시 가능즉시 가능
사실감매우 높음실시간 기준 충분히 높음

즉, Lumen은 실시간 성능과 사실적 조명 사이의 균형을 가장 효율적으로 잡은 솔루션이라고 볼 수 있습니다.

4. 실제 성능 벤치마크

실제 프로젝트에서 Lumen을 적용한 결과를 살펴보겠습니다.

  1. 실시간 조명 변화

    • Day-Night Cycle이 있는 오픈월드 씬에서 Lumen을 적용하면, 해가 이동할 때 그림자와 간접 조명이 즉시 반영됨.

    • 기존 베이크 GI에서는 하루 주기 변화 시 조명 텍스처 재계산 필요, 프레임 드랍 발생.

  2. 동적 오브젝트 반사

    • 유리, 금속과 같은 반사 표면에서 주변 환경이 즉시 반영됨.

    • 기존 Screen Space Reflection(SSR) 방식보다 정확도가 높고, 레이트레이싱보다 연산 비용이 낮음.

  3. 성능 측정

    • RTX 3070 기준 1080p 해상도, 오픈월드 씬: 평균 60fps 유지.

    • 기존 레이트레이싱 GI 적용 시 35~40fps, 성능 저하가 뚜렷함.

즉, Lumen은 GPU 부담을 최소화하면서도 사실적인 간접 조명과 반사를 실시간으로 처리할 수 있다는 점에서 차세대 게임 개발에 매우 적합합니다.

5. 결론

언리얼 엔진 5의 Lumen 시스템은 동적 씬과 실시간 글로벌 일루미네이션을 결합한 혁신적 기술입니다.

  • 기존 베이크 GI와 레이트레이싱 GI의 단점을 모두 해결

  • 하이브리드 화면 공간 및 가상 공간 처리로 GPU 부담 최소화

  • 사실적 반사와 간접 조명을 실시간으로 처리 가능

개발자는 Lumen을 활용하면 오픈월드, 실시간 조명, 대규모 씬에서도 안정적인 프레임을 유지하면서 영화 수준의 그래픽을 구현할 수 있습니다. 이는 앞으로 AAA 게임과 차세대 실시간 렌더링 연구의 핵심 기술로 자리 잡을 것입니다.

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