Unreal Engine

언리얼 엔진 5 나나이트 vs 기존 LOD 방식 비교

2022.01.15

폴리곤 수의 제약을 없앤 나나이트 기술의 작동 원리와 기존 수동 LOD 제작 방식과의 생산성 및 성능 차이를 기술적으로 분석합니다.

가상화된 마이크로폴리곤 기하학: 나나이트의 원리

언리얼 엔진 5(UE5)의 등장은 게임 그래픽 역사에 한 획을 그었습니다. 그 중심에는 나나이트(Nanite)라는 가상화된 기하학 시스템이 있습니다. 기존에는 아티스트가 수만 개의 폴리곤을 가진 고해상도 모델을 만든 뒤, 성능을 위해 수동으로 LOD(Level of Detail) 단계를 만들어야 했습니다. 하지만 나나이트는 수백만, 수억 개의 폴리곤을 가진 시네마틱 급 에셋을 엔진에 그대로 가져와도 실시간으로 렌더링합니다. 이는 단순히 폴리곤을 많이 그리는 것을 넘어, 렌더링 파이프라인의 근본적인 변화를 의미합니다.

전통적인 LOD vs 나나이트
전통적 방식: QEM(Quadric Error Metrics) 알고리즘 등으로 메쉬를 단순화하여 여러 단계의 정적 메쉬 생성. 단계 전환 시 '팝핑(Popping)' 현상 발생 가능.
나나이트 방식: 메쉬를 클러스터(Cluster) 단위로 쪼개고, 화면 해상도에 맞춰 실시간으로 최적의 기하학적 복잡도를 결정. 가상화된 텍스처링과 유사한 개념을 기하학에 적용.

클러스터 기반 렌더링과 지능적 컬링

나나이트는 메쉬를 약 128개의 삼각형으로 이루어진 '클러스터' 단위로 관리합니다. 이 클러스터들은 계층 구조(Hierarchy)를 이루고 있어, 카메라와의 거리에 따라 필요한 세밀도 수준을 즉각적으로 찾아낼 수 있습니다. 또한, 나나이트는 하드웨어 래스터라이저와 소프트웨어 래스터라이저를 병용하는 하이브리드 방식을 사용합니다. 아주 작은 삼각형(픽셀보다 작은 경우)은 가속화된 소프트웨어 래스터라이저를 통해 처리하여 효율을 극대화합니다.

// [나나이트 클러스터 컬링 개념 의사코드]
struct Cluster {
    BoundSphere bounds;
    float minError;
    float maxError;
};

void CullAndDraw(Cluster cluster, Camera cam) {
    // 1. 가시성 컬링 (Frustum, Occlusion)
    if (!IsVisible(cluster.bounds, cam)) return;

    // 2. 화면 공간 오차 계산
    float screenError = ProjectErrorToScreen(cluster.maxError, cam);

    if (screenError <= ALLOWED_PIXEL_ERROR) {
        // 현재 수준이 충분히 세밀함
        SubmitToGPUDraw(cluster);
    } else {
        // 더 세밀한 자식 클러스터로 분할
        foreach (auto child in cluster.children) {
            CullAndDraw(child, cam);
        }
    }
}

가상 그림자 맵(Virtual Shadow Maps)과의 시너지

나나이트의 정교한 기하학은 그림자 표현에서도 큰 도전 과제였습니다. 기존의 섀도우 맵 방식은 해상도 한계로 인해 나나이트의 미세한 디테일을 담아내지 못했습니다. 에픽게임즈는 이를 해결하기 위해 **가상 그림자 맵(VSM)**을 도입했습니다. VSM은 텍스처 가상화 기법을 그림자 맵에 적용하여, 필요한 부분에만 고해상도 그림자 데이터를 할당합니다. 이를 통해 아주 작은 돌기 하나하나가 만들어내는 정교한 그림자를 성능 저하 없이 실시간으로 렌더링할 수 있게 되었습니다.

아티스트의 생산성 혁명과 워크플로우의 변화

나나이트의 가장 큰 혜택은 기술적인 성능 향상보다 아티스트의 작업 방식 변화에 있습니다. 이제 지브러시(ZBrush)에서 조각한 수천만 폴리곤의 데이터를 그대로 엔진에 올릴 수 있으며, 번거로운 리토폴로지(Retopology)나 노멀 맵 베이킹 과정이 대폭 축소되었습니다. 이는 개발 기간 단축과 비주얼 퀄리티 향상이라는 두 마리 토끼를 동시에 잡게 해줍니다.

기술적 제약 사항 (Current Limitations)

현재 나나이트는 다음과 같은 상황에서 주의가 필요합니다:

반투명(Translucent) 재질의 제한적 지원
월드 포지션 오프셋(WPO) 사용 시 성능 비용 증가
나뭇잎과 같은 마스크(Masked) 재질의 복잡성

심화 분석: 기술적 도전과 해결책

기술적 구현의 디테일

C++를 기반으로 핵심 로직을 작성하고, 블루프린트는 상위 레벨의 이벤트 처리나 단순한 연동에만 사용하여 성능 손실을 방지했습니다. 또한 데이터 테이블(Data Table)과 비헤이비어 트리(Behavior Tree)를 활용해 복잡한 시스템과 AI를 구조화했습니다.

언리얼 엔진 5의 나나이트(Nanite)와 루멘(Lumen)은 혁신적이지만, 하드웨어 요구 사양이 높습니다. 이를 보완하기 위해 가상 쉐이딩(Virtual Shading)과 적응형 해상도 기술을 적절히 혼합하여 사용해야 합니다.

성능 벤치마크 및 최적화 지표

루멘 적용 시에도 최적화된 설정을 통해 RTX 2060 환경에서 4K 해상도로 안정적인 30FPS 이상을 확보할 수 있었습니다.

실무 적용 시 주의사항

블루프린트(Blueprint)는 강력하지만 복잡한 로직은 C++로 이전하여 성능을 확보하는 것이 좋습니다. 두 언어의 균형 잡힌 사용이 핵심입니다.

결론: 한계를 넘어선 새로운 시대

나나이트는 단순히 '폴리곤을 많이 그리는 기술'이 아닙니다. 컴퓨터 그래픽스에서 수십 년간 고착화되었던 'LOD 제작'이라는 수고로운 워크플로우를 파괴한 혁명입니다. 이제 개발자들은 "이 모델이 돌아갈까?"를 고민하기보다 "어떻게 하면 더 멋진 세상을 만들까?"에 집중할 수 있게 되었습니다. 비록 하드웨어 요구 사양이 높아졌지만, 나나이트가 제시하는 비전은 게임을 넘어 영화, 건축, 가상 현실 등 모든 디지털 콘텐츠 제작의 표준이 될 것입니다.

Next Post 유니티 인앱 결제(IAP) 시스템 구축과 영수증 검증 Previous Post 2021년 결산: Car Open World 정식 출시와 첫 성과

LYSC Studio

1인 게임 개발과 웹 기술에 관심이 많은 개발자입니다. 경험을 통해 배운 것을 공유하고, 함께 성장하는 것을 즐깁니다.