레스터화(Rasterization)가 빠른 이유

래스터화 vs 레이트레이싱에 대한 GPT의 답변

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🔷 1. 래스터화 vs 레이트레이싱의 개념 비교

구분	래스터화 (Rasterization)	레이트레이싱 (Ray Tracing)
정의	3D 객체를 화면에 투영하고 픽셀에 색을 입히는 방식	카메라로부터 광선을 쏴서 장면을 역추적하며 색을 계산
동작 흐름	객체 중심적: 삼각형을 픽셀 위에 그려줌	픽셀 중심적: 픽셀마다 광선을 쏴서 어디에 닿는지 계산
기본 구조	Vertex → Triangle → Fragment → Pixel	Pixel → Ray → HitObject → Light 계산
사용 예	실시간 렌더링 (게임, UI 등)	영화/애니메이션 렌더링, 고품질 CG

래스터화는 ‘삼각형’으로 물체를 표현한 후, 화면에 ‘투영’(Affine)하여 표현
레이트레이싱은 화면의 픽셀에서 ‘광선’을 쏴서 공간으로 ‘역추적’한다
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🎯 동일시되는 개념: 그래픽스 렌더링 (Graphics Rendering)

둘 다 그래픽스 파이프라인의 핵심 구성 요소이며,

• **렌더링(Rasterization or Ray Tracing)**이라는 과정 내에서
• 최종적으로 픽셀 값을 결정해 화면에 그리는 일을 함.

즉, 목표는 같고 경로만 다른 방식이에요.

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🔷 2. 래스터화가 빠르고, 레이트레이싱이 느린 이유

✅ 📌 래스터화가 빠른 이유

• 직접 픽셀을 계산하지 않음 → 삼각형을 화면에 투영하고 겹치는 픽셀만 처리
• Z-Buffer를 이용해 가장 가까운 표면만 계산 → 그림자, 반사, 굴절 같은 부가 효과는 따로 “흉내만 낼 수 있음”
• 병렬처리 최적화가 잘 되어 있음 (GPU 친화적)

🎮 게임에서는 수백 FPS가 필요하기 때문에 래스터화가 유리

모든 픽셀에 대하여 반복문을 돌리는 것이 아닌,
필요한 부분만을 ‘바운딩 박스’에 가두고, 그 부분만 래스터화 하기에
래스터화가 더 빠른편

• ✅ 바운딩 박스 (Bounding Box)란?
  3D 모델의 삼각형을 2D 화면으로 투영한 후,
  그 삼각형을 감싸는 최소한의 직사각형 범위
  

• 래스터화 파이프라인에서의 위치
  정점 셰이더 → 뷰포트 변환 → 삼각형이 화면 상에 투영됨
  이 삼각형을 감싸는 바운딩 박스 계산
  바운딩 박스 안의 픽셀만 삼각형 내부인지 확인 (Barycentric 좌표 등)
  내부인 경우에만 Fragment 생성 → 색상 계산
  

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❌ 레이트레이싱이 느린 이유

• 픽셀마다 광선을 쏘고, 장면과의 **교차 연산(충돌 판정)**을 반복
• 반사, 굴절, 그림자 등을 위해 추가 광선을 또 쏨 (재귀적 트레이싱)
• 수학적으로 무거운 계산이 많고, 장면의 복잡도에 따라 성능 저하가 큼

예: 1920×1080 해상도에서는 약 207만 개의 광선을 쏘는 것부터 시작

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🔷 3. 느려도 레이트레이싱을 쓰는 이유?

💡 이유: 현실적인 조명과 반사 표현

요소	래스터화	레이트레이싱
그림자	페이크 (Shadow Map 등)	진짜 그림자 계산 가능
반사	큐브맵 등 간접적	정확한 반사 가능 (반사된 물체가 진짜로 보임)
굴절	거의 불가능	유리, 물 속 굴절 표현 가능
전역조명	매우 제한적	간접광, 컬러 블리딩 가능
사실감	제한적 (셰이더로 보완)	물리 기반의 자연광 느낌 구현 가능

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🏆 사용 예시

용도	방식	이유
🎮 게임	주로 래스터화	실시간 속도 중요
🎞️ 영화 CG	레이트레이싱 (혹은 Path Tracing)	사실감 최우선
🖼️ 고해상도 렌더링	레이트레이싱	사진처럼 정밀하게 묘사
⚡ 최신 게임 엔진 (Hybrid)	RT + Raster 혼합	성능과 품질 절충 (RTX, Lumen, Hybrid Rendering 등)

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✅ 요약 정리

| 질문 | 요점 | | ——————– | ———————————- | | 1. 개념 차이 | 픽셀 vs 광선 중심 접근 방식, 둘 다 그래픽스 렌더링 기술 | | 2. 속도 차이 | 래스터화는 병렬처리 효율적, 레이트레이싱은 연산량 많음 | | 3. 레이트레이싱을 쓰는 이유 | 현실적인 조명과 반사 표현, 사실감 극대화 | —

✅ 추가적인 질문들 (래스터화에서 국소적으로 레이트레이싱 사용 가능?)

추가적 질문	답변
래스터화에서는 Ray Tracing 못 쓰나?	❌ 아님. 국소적으로 쓸 수 있음
어디에 쓰는가?	그림자, 반사, AO, GI 등 고품질 표현 필요할 때
어떻게 사용하는가?	하이브리드 방식으로 GPU 일부 리소스를 할당해서 처리

실제 게임 엔진에서 이러한 하이브리드 방식을 사용하며
래스터화 파이프라인 안에서, 특정 효과들에만 레이트레이싱을 적용