목표
- 버텍스, 버텍스 버퍼에 대한 이해
렌더링 파이프라인 요약
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Vertex Shader
- 입력 : 정점 목록
- 정점들을 오브젝트 스페이스에서 MVP 변환을 통해 클립 스페이스까지 변환한다.
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Shape Assembly
- 정점을 조립하여 렌더링을 할 수 있는 최소 단위(Primitive : 점, 선, 삼각형 등)로 만든다.
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Geometry Shader
- 입력 : 프리미티브 목록
- 프리미티브 당 한 번씩 수행한다.
- 프리미티브를 없앨 수도, 더 만들 수도 있고 완전히 다른 프리미티브로 변환할 수도 있다.
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Rasterization
- 입력 : 프리미티브 목록
- 프리미티브를 최종 화면의 적절한 픽셀과 매핑하여, 프래그먼트 쉐이더에서 사용할 Fragment를 만든다.
- 성능을 향상시키기 위해 뷰 프러스텀 밖의 Fragment를 폐기한다.
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Fragment Shader
- 입력 : Fragment 목록
- OpenGL의 모든 고급 효과들을 계산하는 단계
- 화면에 렌더링할 모든 픽셀의 색상을 계산한다.
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Alpha Test, Alpha Blending
- 뎁스와 스텐실을 체크
- 알파 테스팅 : 알파값이 있으면 1, 없으면 0으로 판단하여 0인 픽셀 잘라내기
- 알파 블렌딩 : 뎁스 버퍼를 이용해 깊이를 계산하여 모든 픽셀의 최종 색상 계산
개념 정리
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Vertex
- 3D 공간의 정점 좌표 데이터
- float 배열
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NDC(Normalized Device Coordinates)
- 모든 x, y, z 좌표가 -1.0 ~ 1.0 사이인 좌표
- 정규화된 좌표를 사용함으로써, 좌표 계산과정을 줄일 수 있으며 화면 해상도 차이에 빠르게 대응할 수 있다.
- 정점 쉐이더에서 4x4 Projection 행렬에 의해 직교투영(Orthographic Projection) 또는 원근 투영(Perspective Projection)을 통해 얻어지는 모든 좌표는 NDC 내로 들어온다.
- 투영 행렬이 정의하는 Viewing Box는 절두체(Frustum)라고 하며, 지정한 범위에서 NDC로 변환하는 과정을 ‘투영한다’라고 한다.
- NDC 좌표는 glViewport() 메소드를 통해 Viewport Transform을 거쳐 Screen-space Coordinates 좌표로 변환된다.
- 스크린 좌표는 Fragment로 변환되어 Fragment Shader의 입력이 된다.
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float positions[6] = {
-0.5f, -0.5f,
0.0f, 0.5f,
0.5f, -0.5f,
};
-
Vertex Buffer
- 정점들에 대한 정보를 갖고 있는 메모리 버퍼
- 오브젝트(Vertex Buffer Object) 단위로 관리된다.
-
VBO(Vertex Buffer Object)
- OpenGL 객체 중 하나
- 고유 ID를 가지고 있다. (OpenGL의 모든 오브젝트는 고유 ID를 가진다.)
- OpenGL은 다양한 타입의 버퍼 객체를 갖고 있는데, VBO는 그 중
GL_ARRAY_BUFFER이다. - 많은 양의 정점들을 GPU 메모리 상에 저장할 수 있다.
- CPU에서 GPU로 데이터를 전송하는 것은 비교적 느린데, VBO를 이용하면 비교적 빠르게 전송할 수 있다.
공부 내용
1. 버퍼 ID 생성
-
glGenBuffers()
- 버퍼의 ID를 받아 해당 ID에 버퍼를 생성한다.
n |
해당 ID에 생성할 버퍼 개수 |
buffers |
버퍼를 생성할 ID |
1
2
unsigned int buffer;
glGenBuffers(1, &buffer);
2. 생성한 버퍼에 타입 바인딩
-
glBindBuffer()
- 버퍼 오브젝트에 타입을 바인딩한다.
target |
바인딩할 버퍼의 종류 |
buffer |
대상 버퍼 ID |
1
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, buffer);
3. 미리 정의된 정점 데이터를 버퍼의 메모리에 복사
-
glBufferData()
- 사용자가 정의한 데이터(지금의 경우에는 정점 데이터)를 현재 바인딩 버퍼에 복사한다.
target |
데이터를 복사하여 집어넣을 버퍼의 타입 |
size |
버퍼에 저장할 데이터 크기(바이트 단위), 주로 sizeof 사용 |
data |
버퍼에 저장할 실제 데이터 |
usage |
GPU가 주어진 데이터를 관리하는 방법 - GL_STATIC_DRAW : 거의 변하지 않는 데이터 - GL_DYNAMIC_DRAW : 자주 변경되는 데이터 - GL_STREAM_DRAW : 그려질 때마다 변경되는 데이터 - DYNAMIC, STREAM으로 전달할 경우 GPU는 빠르게 사용할 수 있는 메모리에 데이터를 저장한다. |
1
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, 6 * sizeof(float), positions, GL_STATIC_DRAW);
4. 버퍼의 데이터를 이용해 그려주기
-
glDrawArrays()
- 배열 데이터로부터 프리미티브를 렌더링한다. 드로우 콜 중 하나
mode |
렌더링할 프리미티브의 종류 |
first |
배열에서 참조할 데이터의 시작 인덱스 |
count |
렌더링할 인덱스의 개수 (지금은 인덱스 2개씩을 모아 3개의 정점을 구성하므로 3) |
1
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);
- 하지만 아직 드로우콜만 했을 뿐, 그려지지는 않는다.
Source Code
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#include <GL/glew.h>
#include <GLFW/glfw3.h>
#include <iostream>
using namespace std;
int main(void)
{
GLFWwindow* window;
/* Initialize the library */
if (!glfwInit())
return -1;
/* Create a windowed mode window and its OpenGL context */
window = glfwCreateWindow(640, 480, "Hello World", NULL, NULL);
if (!window)
{
glfwTerminate();
return -1;
}
/* Make the window's context current */
glfwMakeContextCurrent(window);
// glewInit은 rendering context를 만들고 난 이후에 해야 함
if (glewInit() != GLEW_OK)
{
cout << "GLEW INIT ERROR" << endl;
}
// 간단히 GLEW 버전 확인
cout << glGetString(GL_VERSION) << endl;
// 정점 위치 데이터
float positions[6] = {
-0.5f, -0.5f,
0.0f, 0.5f,
0.5f, -0.5f,
};
// VBO(Vertex Buffer Object) ID 생성
unsigned int buffer;
// VBO 객체 생성
glGenBuffers(1, &buffer);
// VBO 타입 바인딩
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, buffer);
// VBO에 위치 데이터 연결
glBufferData(GL_ARRAY_BUFFER, 6 * sizeof(float), positions, GL_STATIC_DRAW);
/* Loop until the user closes the window */
while (!glfwWindowShouldClose(window))
{
/* Render here */
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT);
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);
/* Swap front and back buffers */
glfwSwapBuffers(window);
/* Poll for and process events */
glfwPollEvents();
}
glfwTerminate();
return 0;
}