[Learn OpenGL] Hello Triangle - 1

OpenGL에서 모든 것은 3D 공간에 있지만, 화면이나 창은 2D 픽셀 배열이므로, OpenGL의 주요 작업은

 

모든 3D 좌표를 화면에 맞는 2D픽셀로 변환하는 것입니다.

 

3D 좌표를 2D 픽셀로 변환하는 과정은 OpenGL의 그래픽 파이프라인에 의해 관리됩니다.

 

그래픽 파이프라인은 크게 두 부분으로 나눌 수 있는데,

 

첫 번째 부분은 3D 좌표를 2D 좌표로 변환하고,

 

두 번째 부분은 2D 좌표를 실제 색상이 있는 픽셀로 변환합니다.

 

 

그래픽 파이프라인은 3D 좌표 세트를 입력으로 받아 이를 화면의 색상 있는 2D 픽셀로 변환합니다.

 

그래픽 파이프라인은 여러 단계로 나눌 수 있으며,

 

각 단계는 이전 단계의 출력을 입력으로 필요로 합니다. 이러한 각 단계는 매우 전문화되어 있으며(하나의 특정 기능만 수행),

 

병렬로 쉽게 실행될 수 있습니다. 병렬적 특성으로 인해, 현재의 그래픽 카드는 데이터를 그래픽 파이프라인 내에서 빠르게 처리할 수 있도록 수천 개의 작은 처리 코어를 가지고 있습니다.

 

이 처리 코어들은 파이프라인의 각 단계마다 GPU에서 실행되는 작은 프로그램들을 실행합니다. 이러한 작은 프로그램들을 셰이더라고 합니다.

 

 

이러한 셰이더 중 일부는 개발자가 구성할 수 있어, 기존의 기본 셰이더를 대체할 수 있는 자체 셰이더를 작성할 수 있습니다.

 

이를 통해 파이프라인의 특정 부분을 더 세밀하게 제어할 수 있으며, GPU에서 실행되기 때문에 귀중한 CPU 시간도 절약할 수 있습니다.

 

셰이더는 OpenGL 셰이딩 언어(GLSL)로 작성되며, 다음 장에서 이에 대해 더 자세히 살펴볼 것입니다.

 

아래에서는 그래픽 파이프라인의 모든 단계를 추상적으로 나타낸 것을 찾을 수 있습니다. 파란색 섹션은 우리가 자체 셰이더를 주입할 수 있는 부분을 나타냅니다.

 

 

 

그래픽 파이프라인에는 정점 데이터를 완전히 렌더링된 픽셀로 변환하는데

 

각각 하나의 특정 부분을 처리하는 많은 섹션이 포함되어 있습니다.

 

그래픽 파이프라인에 입력으로는 Vertex Data라고 하는 삼각형을 형성하는 세개의 3D 좌표를 배열로 전달합니다.

 

하나의 정점은 3D좌표당 하나의 데이터 모음입니다.

 

이 정점의 데이터는 원하는 어떤 데이터든 포함할 수 있는 정점 속성을 사용하여 나타냅니다.

 

하지만 간단히 하기 위해, 각 정점은 3D 위치와 일부 색상 값으로만 구성된다고 가정합시다.

 

 

OpenGL이 좌표와 색상 값의 모음을 어떻게 처리할지에 대한 렌더 타입을 알려줘야 합니다.

 

데이터가 점들로 렌더링될지, 삼각형들로 렌더링될지 아니면 하나의 긴 선으로 렌더링 될지 등을 알려줘야 합니다.

 

이러한 힌트를 primitives라고 합니다.

 

그리고 이것을 그리기 명령을 호출할 때 제공합니다.

 

GL_POINTS, GL_TRIANGLES 및 GL_LINE_STRIP 같은 것들이 그렇습니다.

 

Vertext Shader

파이프라인의 첫번째 부분은 단일 정점을 입력으로 받는 vertex shader 입니다.

 

vertext shader의 주요 목적은 3D 좌표를 다른 3D좌표로 변환하는 것이며(나중에 설명)

 

vertextshader는 정점 속성에 대한 기본 처리를 수행할 수 있게 해줍니다.

 

 

vertex shader 단계의 출력은 선택적으로 geometry shader에 전달됩니다.

 

geometry shader는 primitive를 형성하는 정점 모음을 입력으로 받아 새로운 정점을 생성하여

 

새로운 primitive를 형성하는 기능이 있습니다.

 

이 예제의 경우에는 주어진 모양에서 두 번째 삼각형을 생성합니다.

 

Privitive Assembly

 

primitive assembly 단계는 vertex 혹은 geometry shader에서 나온 모든 정점(혹은 정점 GL_POINTS가 선택되었다면)

 

을 입력으로 받아 하나 이상의 primitive 를 형성하고 모든 점을 조립합니다.

 

위 경우 두갱의 삼각형을 생성합니다.

 

 

primitive assembly 의 출력은 레스터화 단계로 넘어갑니다.

 

여기서 primitive를 최종 화면의 픽셀에 매핑하고, fragment shader가 사용할 fragment를 생성합니다.

 

fragment shader가 실행되기 전에 클리핑이 수행됩니다.

 

클리핑은 뷰 바깥에 있는 framents를 모두 버리고 성능을 향상시킵니다.

 

OpenGL에서 fragment는 OpenGL이 한 픽셀을 렌더링하기 위해 필요한 모든 데이터 입니다.

 

Fragment Shader

 

fragment shader의 주요 목표는 픽셀의 최종 색상을 계산하는 것입니다.

 

그리고 이 스테이지는 보통 advanced OpenGL 이펙트가 발생하는 곳입니다.

 

일반적으로 fragmnet shader는 3D 화면의 정보를 포함하고 있습니다.(픽셀 색상을 계산하기 위한 빛, 그림자 빛의 색상 등)

 

Tests and Blendings

 

모든 해당 색상 값이 결정된 후, 최종 객체는 알파 테스트 및 블렌딩 단계라고 부르는 또 하나의 단계를 거칩니다.

 

이 단계는 프래그먼트의 해당 depth(및 스텐실) 값을 확인하고 이를 사용하여 결과 프래그먼트가 다른 객체 앞에 있거나 뒤에 있어야 하는지를 판단하여 그에 따라 제거합니다.

 

또한, 알파 값(알파 값은 객체의 불투명도를 정의함)을 확인하고 객체를 그에 따라 혼합합니다.

 

따라서 프래그먼트 셰이더에서 픽셀 출력 색상이 계산되었다 하더라도,

 

여러 삼각형을 렌더링할 때 최종 픽셀 색상은 완전히 다를 수 있습니다.

 

 

보시다시피, 그래픽 파이프라인은 상당히 복잡한 전체이며 많은 구성 가능한 부분들을 포함하고 있습니다.

 

그러나 거의 모든 경우에 우리는 정점 및 프래그먼트 셰이더만 작업하면 됩니다.

 

지오메트리 셰이더는 선택 사항이며 보통 기본 셰이더로 남겨집니다. 또한, 여기에서 묘사하지 않은 테셀레이션 단계와 변환 피드백 루프가 있지만, 그것은 나중의 이야기입니다.

 

 

현대 OpenGL에서는 최소한 자체 정점 및 프래그먼트 셰이더를 정의해야 합니다(GPU에 기본 정점/프래그먼트 셰이더가 없습니다).

 

이 때문에 현대 OpenGL을 배우기 시작하기가 종종 어렵습니다.

 

왜냐하면 첫 삼각형을 렌더링하기 전에 많은 지식이 필요하기 때문입니다.

 

하지만 삼각형을 렌더링하게 되면 그래픽 프로그래밍에 대해 훨씬 더 많이 알게 될 것입니다.