PBR 렌더링 모델#

현실과 유사한 결과를 유지하면서도, 근사 기법으로 연산 비용을 줄이고 파라미터로 유연하게 제어할 수 있는 렌더링 모델이 필요했다.

아티스트가 제작한 모델과 PBR 텍스쳐를 물리적으로 일관되게 렌더링하기 위해 Cook-Torrance BRDF를 채택했다.

$$ f = \frac{DFG}{4(\omega_o \cdot n)(\omega_i \cdot n)} $$

$D$, $F$, $G$ 항에는 게임 산업에서 널리 쓰이는 Trowbridge-Reitz GGX NDF, Schlick Fresnel Approximation, Smith-Schlick G를 적용했다.

근사 모델을 사용함으로써 실제 물리 기반 반사 모델의 특성을 유지하면서 연산 비용을 최소화했다.

가속#

간단한 모델(삼각형 5,000개)임에도 렌더링에 약 40분이 걸렸다. 광선-삼각형 교차 검사가 O(N)으로, 장면이 커질수록 연산 비용을 감당할 수 없는 구조였다.

삼각형들을 공간적으로 계층화한 이진 트리 구조인 BVH를 구축해 광선과의 불필요한 삼각형 교차 검사를 제거했다. 여기에 카메라의 필름 영역을 스레드별로 분할하는 멀티스레드 작업 큐를 더했다 — InterlockedCompareExchange() 기반 락프리 큐에 세마포어로 유휴 스레드를 재우고 깨워, 작업이 없을 때 CPU 자원을 낭비하지 않도록 했다.

BVH만으로 24배 (37분 → 1.5분), 멀티스레딩만으로 6배 (37분 → 6분) 향상. AMD Ryzen 5 5600X 6-Core 기준, 둘을 결합하면 싱글스레드 2233초 → 멀티스레드+BVH 14초로 총 160배 성능 향상을 달성했다.