[Learn OpenGL] Textures - 1

객체에 더 많은 세부사항을 추가하기 위해, 각 정점에 색상을 사용하여 흥미로운 이미지를 만들 수 있다는 것을 배웠습니다.

 

그러나 현실감을 얻기 위해서는 많은 수의 정점이 필요하고, 각 정점마다 색상 속성이 필요하기 때문에 상당한 추가 부담이 생깁니다.

 

대부분의 예술가와 프로그래머들은 텍스처를 사용하는 것을 선호합니다.

 

텍스처는 객체에 세부 사항을 추가하는데 사용되는 2D 이미지 입니다.

 

텍스처를 종이 한 장에 벽돌 이미지가 있는 것으로 가정해봅시다.

 

이 종이를 3D 집 위에 깔끔하게 점어서 집이 돌로 된 외관을 가진 것처럼 보이게 할 수 있습니다.

 

하나의 이미지에 많은 세부사항을 넣을 수 있기 때문에, 추가적인 정점을 지정할 필요 없이 객체가 매우 세부적으로 보이는 착각을 줄 수 있습니다.

 

 

이미지 외에도 텍스처는 웨이더에 임의의 데이터를 대량으로 전송하는 데 사용할 수 있으며, 이른 다른 주제에서 다루겠습니다.

 

 

삼각형에 텍스처를 매핑하기 위해서는 삼각형의 각 정점이 텍스처의 어느 부분에 해당하는지 알려줘야 합니다.

 

따라서 각 정점에는 텍스처 이미지에서 샘플링할 부분을 지정하는 텍스처 좌표가 있어야 합니다.

 

그 후 프래그먼트 보간이 다른 프래그먼트에 대한 나머지를 처리합니다.

 

 

텍스처 좌표는 x축과 y축에서 0부터 1까지의 범위를 가집니다(2D 텍스처 이미지를 사용한다는 것을 기억하세요).

 

텍스처 좌표를 사용하여 텍스처 색상을 얻는 것을 샘플링이라고 합니다.

 

텍스처 좌표는 텍스처 이미지의 왼쪽 하단 모서리에 대해 (0,0)에서 시작하여 오른쪽 상단 모서리에 대해 (1,1)까지입니다. 다음 이미지는 삼각형에 텍스처 좌표를 매핑하는 방법을 보여줍니다

 

 

삼각형에 대해 3개의 텍스처 좌표 점을 지정합니다. 삼각형의 왼쪽 하단이 텍스처의 왼쪽 하단과 일치하도록 하려면 삼각형의 왼쪽 하단 정점에 (0,0) 텍스처 좌표를 사용합니다.

 

오른쪽 하단도 마찬가지로 (1,0) 텍스처 좌표를 사용합니다. 삼각형의 상단은 텍스처 이미지의 상단 중앙에 해당하므로 (0.5,1.0)을 텍스처 좌표로 사용합니다.

 

정점 셰이더에는 3개의 텍스처 좌표만 전달하면 되며, 이는 프래그먼트 셰이더에 전달되어 각 프래그먼트에 대한 모든 텍스처 좌표를 깔끔하게 보간합니다.

 

float texCoords[] = {
    0.0f, 0.0f,  // lower-left corner  
    1.0f, 0.0f,  // lower-right corner
    0.5f, 1.0f   // top-center corner
};

 

텍스처 샘플링은 다양한 방식으로 수행될 수 있으며, 이는 OpenGL에 텍스처를 어떻게 샘플링해야 하는지 지시하는 우리의 역할입니다.

 

Texture Wrapping

텍스처 좌표는 보통 (0,0)에서 (1,1) 범위를 가집니다. 하지만 이 범위 밖의 좌표를 지정하면 어떻게 될까요?

 

OpenGL의 기본 동작은 텍스처 이미지를 반복하는 것입니다(부동 소수점 텍스처 좌표의 정수 부분을 기본적으로 무시합니다). 그러나 OpenGL은 다음과 같은 추가 옵션을 제공합니다

 

GL_REPEAT: 텍스처의 기본 동작입니다. 텍스처 이미지를 반복합니다.

 

GL_MIRRORED_REPEAT: GL_REPEAT과 동일하지만 각 반복마다 이미지를 미러링합니다.

 

GL_CLAMP_TO_EDGE: 좌표를 0과 1 사이로 제한합니다.

결과적으로 더 높은 좌표는 가장자리로 고정되어 가장자리 패턴이 늘어나게 됩니다.

 

 

GL_CLAMP_TO_BORDER: 범위 밖의 좌표는 사용자가 지정한 테두리 색상을 가집니다.

 

각 옵션은 기본 범위 밖의 텍스처 좌표를 사용할 때 다른 시각적 출력을 가집니다. 다음은 샘플 텍스처 이미지(Hólger Rezende)에서 이러한 옵션이 어떻게 보이는지 보여줍니다:

 

 

앞서 언급한 각 옵션은 glTexParameter* 함수를 사용하여 좌표 축(s, t (3D 텍스처를 사용하는 경우 r) x,y,z에 해당)마다 설정할 수 있습니다.

 

glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_MIRRORED_REPEAT);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_MIRRORED_REPEAT);

 

첫 번째 인자는 텍스처 대상을 지정합니다. 우리는 2D 텍스처를 다루고 있으므로 텍스처 대상은 GL_TEXTURE_2D입니다. 두 번째 인자는 우리가 설정하려는 옵션과 텍스처 축을 지정해야 합니다.

 

우리는 S와 T 축 모두에 대해 구성하고자 합니다. 마지막 인자는 우리가 원하는 텍스처 래핑 모드를 전달해야 하며, 이 경우 OpenGL은 현재 활성화된 텍스처에 GL_MIRRORED_REPEAT으로 텍스처 래핑 옵션을 설정합니다.

 

GL_CLAMP_TO_BORDER 옵션을 선택한 경우 테두리 색상도 지정해야 합니다.

 

이는 GL_TEXTURE_BORDER_COLOR를 옵션으로 사용하는 glTexParameter 함수의 fv 등가를 사용하여 테두리 색상 값의 부동 소수점 배열을 전달함으로써 수행됩니다.

 

float borderColor[] = { 1.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f };
glTexParameterfv(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_BORDER_COLOR, borderColor);

 

Texture Filtering

텍스처 좌표는 해상도에 맞춰지지 않고 어떤 부동 소수점 값도 될 수 있습니다.

 

그렇기 때문에 OpenGL은 텍스처 좌표에 매핑할 텍스처 픽셀(텍셀)을 결정해야 합니다.

 

이는 특히 큰 객체에서 해상도가 낮은 텍스처를 가질 때 중요해집니다.

 

여러 옵션이 있지만 지금은 가장 중요한 옵션인 GL_NEAREST와 GL_LINEAR에 대해 논의하겠습니다.

 

 

GL_NEAREST(또한 최근접 이웃 또는 포인트 필터링으로 알려짐)은 OpenGL의 기본 텍스처 필터링 방법입니다.

 

GL_NEAREST로 설정하면, OpenGL은 텍스처 좌표에 가장 가까운 중심을 가진 텍셀을 선택합니다.

 

아래에는 십자가가 정확한 텍스처 좌표를 나타내는 4개의 픽셀이 보입니다. 왼쪽 상단의 텍셀이 텍스처 좌표에 가장 가까운 중심을 가지므로 샘플링된 색상으로 선택됩니다

 

 

 

GL_LINEAR(또한 (쌍)선형 필터링으로 알려짐)는 텍스처 좌표 주변의 텍셀에서 보간된 값을 가져와 텍셀 사이의 색상을 근사합니다.

 

텍스처 좌표에서 텍셀 중심까지의 거리가 작을수록 해당 텍셀의 색상이 샘플링된 색상에 더 많이 기여합니다. 아래에서 우리는 이웃하는 픽셀들의 혼합된 색상이 반환되는 것을 볼 수 있습니다.

 

 

그렇다면 이러한 텍스처 필터링 방법의 시각적 효과는 무엇일까요? 저해상도 텍스처를 큰 객체에 사용할 때(텍스처는 따라서 확대되어 개별 텍셀이 눈에 띄게 됨) 이러한 방법들이 어떻게 작동하는지 봅시다.

 

 

GL_NEAREST는 텍스처를 형성하는 픽셀이 명확하게 보이는 차단된 패턴을 결과로 하며, GL_LINEAR는 개별 픽셀이 덜 보이는 더 부드러운 패턴을 생성합니다.

 

GL_LINEAR는 더 현실적인 출력을 생성하지만, 일부 개발자들은 더 8비트 스타일을 선호하고 결과적으로 GL_NEAREST 옵션을 선택합니다.

 

텍스처 필터링은 확대 및 축소 작업(확대 또는 축소 시)에 대해 설정할 수 있으므로 예를 들어 텍스처가 축소될 때 최근접 이웃 필터링을 사용하고 확대된 텍스처에 대해 선형 필터링을 사용할 수 있습니다.

 

glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_NEAREST);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);

 

Mipmaps

방 안에 수천개의 객체가 있고 각각에는 텍스처가 붙어 있는 상황을 생각해 보겠습니다.

 

어떤 객체는 멀리 있을 것이고 어떤 객체는 가까이 있을 것입니다. 

 

이 둘이 같은 해상도의 텍스처를 가지고 있다고 가정하겠습니다.

 

이때 멀리 있는 객체는 fragment를 거의 생성하지 않습니다. 이때 OpenGL은 정확한 색상을 얻기가 어려워 지는데,

 

넓은 영역의 텍스처를 확인해야 하기 때문입니다.

 

 

이런 이슈를 해결하기 위해 OpenGL은 mipmaps를 사용합니다.

 

기본적으로 각각의 텍스처가 이전 텍스처의 절반인 이미지 모음입니다.

 

관찰자로부터 일정 거리 한계점 이후에 OpenGL은 객체와의 거리가 가장 적합한 다른 mimaps 텍스처를 사용합니다.

 

 

미맵 레벨 간 필터링 방법을 지정하려면 원래 필터링 방법을 다음 네 가지 옵션 중 하나로 대체할 수 있습니다.

 

GL_NEAREST_MIPMAP_NEAREST: 픽셀 크기에 가장 가까운 미맵을 선택하고 텍스처 샘플링을 위해 최근접 이웃 보간을 사용합니다.

 

GL_LINEAR_MIPMAP_NEAREST: 가장 가까운 미맵 레벨을 선택하고 그 레벨을 선형 보간으로 샘플링합니다.

 

GL_NEAREST_MIPMAP_LINEAR: 픽셀 크기에 가장 가까운 두 미맵 사이를 선형으로 보간하고 보간된 레벨을 최근접 이웃 보간을 사용하여 샘플링합니다.

 

GL_LINEAR_MIPMAP_LINEAR: 가장 가까운 두 미맵 사이를 선형으로 보간하고 보간된 레벨을 선형 보간으로 샘플링합니다. 텍스처 필터링과 마찬가지로, 다음 네 가지 방법 중 하나를 사용하여 glTexParameteri를 사용하여 필터링 방법을 설정할 수 있습니다.

 

glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR_MIPMAP_LINEAR);
glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR);

 

일반적인 실수는 확대 필터로 미맵 필터링 옵션 중 하나를 설정하는 것입니다.

 

이것은 미맵이 주로 텍스처가 축소될 때 사용되기 때문에 아무런 효과가 없으며, 미맵 필터링 옵션을 주면 OpenGL GL_INVALID_ENUM 오류 코드를 생성합니다.