[카테고리:] OpenGL

GLSL을 위한 OpenGL 설정 – Uniform 변수
원문 : http://www.lighthouse3d.com/opengl/glsl/index.php?ogluniform

Uniform 변수는 오로지 Primitive에 의해 변경될 수 있는 변수인데, glBegin과 glEnd 사이에서는 변경될 수 없다. 이러한 이유로해서 버텍스의 속성을 위해서는 사용될 수 없다. 만약 버텍스의 속성에 대한 변수를 원한다면, 이 섹선 바로 다음 섹션인 Attribute 변수를 보면된다. Uniform 변수는 Primitive나 프레임 또는 전체 장면 동안에 유지해야할 변수에 적당하다. Uniform 변수는 버텍스 쉐이더나 프레그먼트 쉐이더에서 읽을 수 있지만 쓸수는 없다.

Uniform 변수를 정의하는 가장 먼저 해야할 일은 변수에 대한 메모리 위치를 얻는 것이다. 쉐이더 프로그램이 링크된 후에야 변수에 대한 메모리 정보를 얻어오는 것이 가능하다는 점에 주의하기 바란다. 몇몇의 그래픽 카드 드라이버에서는 메모리의 위치를 얻어오기 위해 먼저 glUseProgram(OpenGL 2.0) 또는 glUseProgramObjectARB(ARB 확장)을 호출해야할 경우도 있다는 점을 주의하자.

변수를 처리할때 OpenGL 2.0과 ARB 확장은 매우 유사한 문법을 가지고 있다. 기본적으로 OpenGL 2.0 함수의 뒤에 ARB를 붙이면 ARB 확장 함수가 되는 경우가 많다.

다음 OpenGL 2.0형태의 함수는 주어진 이름에 대한 Uniform 변수(쉐이더 안에서 정의)의 위치를 얻어온다.

GLint glGetUniformLocation(GLuint program, const char *name);
Parameters:
program – 프로그램의 핸들
name – 변수의 이름

ARB 확장의 형태는 다음과 같다.

GLint glGetUniformLocationARB(GLhandleARB program, const char *name);
Parameters:
program – 프로그램의 핸들
name – 변수의 이름

반환값이 바로 변수의 위치인데, 이 변수에 값을 할당할 수 있다. Uniform 변수에 값을 할당하는 함수군은 다음과 같다.

void glUniform1f(GLint location, GLfloat v0);
void glUniform2f(GLint location, GLfloat v0, GLfloat v1);
void glUniform3f(GLint location, GLfloat v0, GLfloat v1, GLfloat v2);
void glUniform4f(GLint location, GLfloat v0, GLfloat v1, GLfloat v2, GLfloat v3);

또는

GLint glUnform{1,2,3,4}fv(GLint location, GLsizei count, GLfloat *v);

Parameters:
location – 이전에 구한 변수의 위치
v0, v1, v2, v3 – 실수값
count – 배열에서 요소의 수
v – 실수 배열

ARB 확장의 경우는 다음과 같다.

void glUniform1fARB(GLint location, GLfloat v0);
void glUniform2fARB(GLint location, GLfloat v0, GLfloat v1);
void glUniform3fARB(GLint location, GLfloat v0, GLfloat v1, GLfloat v2);
void glUniform4fARB(GLint location, GLfloat v0, GLfloat v1, GLfloat v2, GLfloat v3);

또는

GLint glUnform{1,2,3,4}fvARB(GLint location, GLsizei count, GLfloat *v);

Parameters:
location – 이전에 구한 변수의 위치
v0, v1, v2, v3 – 실수값
count – 배열에서 요소의 수
v – 실수 배열

위의 함수는 실수타입의 경우이고 정수타입도 가능한데,  “f”를 “i”로 바꾸기만하면된다. 하지만  boolean 타입에 대한 함수는 없다. Boolean에 대한 경우가 필요하다면 실수나 정수형 함수에 대해서 false의 경우 0으로 할당하여 사용하면 된다. uniform 변수의 배열을 가질 경우, 벡터로 사용될 수 있다.

sampler 변수에 대해서는 OpenGL 2.0에서는 sampler의 배열을 설정하여 glUniform1i나 glUniform1iv를 사용할 수 있으며 ARB 확장의 경우 glUniform1iARB나 glUniform1ivARB를 사용하면 된다.

GLSL에서 매트릭스 데이터 타입도 사용이 가능하며 이 타입에 대한 함수는 다음과 같다.

GLint glUniformMatrix{2,3,4}fv(GLint location, GLsizei count, GLboolean transpose, GLfloat *v);
Parameters:
location – 이전에 질의한 위치
count – 행렬의 개수. 단일 매트릭스라면 1이고 n 매트릭스 배열이라면 n
transpose – 전치 행렬인지 여부이며 1인 경우 Row 방향으로 배열된 행렬이며 0인 경우 Column 방향으로 정렬된 행렬을 의미함
v – 실수 배열

ARB 확장의 경우는 아래와 같다.

GLint glUniformMatrix{2,3,4}fvARB(GLint location, GLsizei count, GLboolean transpose, GLfloat *v);
Parameters:
location – 이전에 질의한 위치
count – 행렬의 개수. 단일 매트릭스라면 1이고 n 매트릭스 배열이라면 n
transpose – 전치 행렬인지 여부이며 1인 경우 Row 방향으로 배열된 행렬이며 0인 경우 Column 방향으로 정렬된 행렬을 의미함
v – 실수 배열

주의할 것은 위의 함수들을 통해 설정된 Uniform 변수의 값들은 쉐이더 프로그램이 다시 링크될동안 유지된다. 일단 새로운 링크 처리가 수행되면 이 값들은 모두 0으로 재설정된다.

간단한 소스코드를 살펴보자.  만약 다음과 같은 변수를 사용하는 쉐이더가 있다고 해보자.

uniform float specIntensity;
uniform vec4 specColor;
uniform float t[2];
uniform vec4 colors[3];

OpenGL 2.0 어플리케이션에서는, 변수 설정을 위한 코드는 다음과 같을 것이다.

GLint loc1,loc2,loc3,loc4;
float specIntensity = 0.98;
float sc[4] = {0.8,0.8,0.8,1.0};
float threshold[2] = {0.5,0.25};
float colors[12] = {0.4,0.4,0.8,1.0,
                    0.2,0.2,0.4,1.0,
                    0.1,0.1,0.1,1.0};

loc1 = glGetUniformLocation(p,"specIntensity");
glUniform1f(loc1,specIntensity);

loc2 = glGetUniformLocation(p,"specColor");
glUniform4fv(loc2,1,sc);

loc3 = glGetUniformLocation(p,"t");
glUniform1fv(loc3,2,threshold);

loc4 = glGetUniformLocation(p,"colors");
glUniform4fv(loc4,3,colors);

위의 코드에 대한 ARB 확장 형태는 다음과 같다.

GLint loc1,loc2,loc3,loc4;
float specIntensity = 0.98;
float sc[4] = {0.8,0.8,0.8,1.0};
float threshold[2] = {0.5,0.25};
float colors[12] = {0.4,0.4,0.8,1.0,
                    0.2,0.2,0.4,1.0,
                    0.1,0.1,0.1,1.0};

loc1 = glGetUniformLocationARB(p,"specIntensity");
glUniform1fARB(loc1,specIntensity);

loc2 = glGetUniformLocationARB(p,"specColor");
glUniform4fvARB(loc2,1,sc);

loc3 = glGetUniformLocationARB(p,"t");
glUniform1fvARB(loc3,2,threshold);

loc4 = glGetUniformLocationARB(p,"colors");
glUniform4fvARB(loc4,3,colors);

위의 예에 대한 전체 코드의 샘플은 다음 링크를 통해 다운로드 받기 바란다.

t나 colors 변수의 경우와 specColor의 4개의 값을 가진 벡터를 설정하는 것과 같은 배열을 설정하는 부분을 주의깊게 보기 바란다. count 인자(glGetUniform{1,2,3,4}fv)의 가운데 인자)는 쉐이더에서 선언된 배열 요소의 개수를 의미하지 OpenGL에서 선언된 요소의 개수를 의미하는 것이 아니다. 이것이 specColor가 4개의 값을 가지고 있음에도, glUniform4fv 함수의 인자 중 count는 1로 설정된 이유인데, specColor는 쉐이더에서 하나의 벡터로 선언되었기 때문이다. specColor 변수를 설정하기 위한 다른 방법은 다음과 같다.

loc2 = glGetUniformLocation(p,"specColor");
glUniform4f(loc2,sc[0],sc[1],sc[2],sc[3]);

배열 안의 변수의 위치를 얻기 위해 GLSL이 제공하는 다른 방법이 또 있는데, 예를들면.. t[1]과 같은 변수의 위치를 얻기 위해 다음과 같이 하면 된다.

loct0 = glGetUniformLocation(p,"t[0]");
glUniform1f(loct0,threshold[0]);

loct1 = glGetUniformLocation(p,"t[1]");
glUniform1f(loct1,threshold[1]);

glGetUniformLocation에서 ‘[]’를 사용해서 원하는 요소의 구성 변수를 지정되는 방법을 사용해서 원하는 바를 얻는다.

위의 경우에 대한 ARB 확장은 ARB를 함수 이름 뒤에 추가하면 동일하므로 여기에서는 생략하겠다.

GLSL을 위한 OpenGL 설정 – OpenGL에서 Shaders로의 통신
원문 : http://www.lighthouse3d.com/opengl/glsl/index.php?oglvariables

OpenGL 어플리케이션은 쉐이더와 통신할 수 있는 몇가지 방법을 가지고 있다. Note that this is a one way communication through, since the only output from a shader is to render to some targets, usually the color and depth buffers.

쉐이더는 OpenGL 상태의 일부에 접근할 수 있으므로, 어플리케이션이 OpenGL 상태의 일부를 변경하면, 쉐이더에서 이 변경된 상태를 접근할 수 있음으로 해서 효과적으로 통신을 할 수 있게 된다. 그래서 만약에 어플리케이션이 쉐이더에게 빛의 색을 전달한다고 할때,  고정기능에서 정상적으로 했던 것처럼  쉐이더는 OpenGL의 상태를 쉽게 변경할 수 있다.

그러나, OpenGL 상태의 사용이 쉐이더에 대한 값을 설정하는 항상 가장 직관적인 방법은 아니다. 예를들어서, 에니메이션의 수행 초과 시간을 전달해주는 변수를 요구하는 쉐이더가 있다고 해보자. 이런 예에서 사용할 목적에 적당한 OpenGL 상태 변수가 없다. 사실, 사용하지 않는 빛과 연관된 상태 변수를 이런 목적으로도 사용할 수 있으나, 매우 직관적이지 못하다.

다행히, GLSL은 쉐이더와 OpenGL 어플리케이션과의 통신을 위한 변수를 사용자가 정의할 수 있다. 변수에 적당한 이름, 위의 예에 적당한 ‘timeElapsed’이라는 이름을 붙이고 계속 사용할 수 있다.

GLSL은 2가지 종류의 변수 평가자를 가지고 있다. (이후의 섹션에서 더 많은 평가자를 소개할 것이다)

• Uniform
• Attribute

쉐이더 안에서 정의된, 위의 평가자에 대한 변수는 읽기 전용이다. 이후의 섹션에서는 이런 변수를 언제 사용하고 어떻게 사용하는지에 대해서 자세히 살펴보겠다.

변수를 쉐이더에게 전달하는 또다른 방법이 있는데. 바로 텍스쳐를 이용하는 것이다. 텍스쳐는 반드시 이미지를 표현해야만 하는 것은 아니다. 텍스쳐는 데이터의 배열로써 해석될 수 있다. 사실, 텍스쳐 데이터가 설사 이미지라도 할지라도, 쉐이더를 사용하는 여러분이 텍스쳐 데이터를 어떻게 해석할 것인지 결정할 수 있다. 이런 용도로써의 텍스쳐의 사용은 이 섹션의 영역을 벗어나므로 설명하지는 않겠다.

GLSL을 위한 OpenGL 설정 – 청소
원문 : http://www.lighthouse3d.com/opengl/glsl/index.php?oglcleanup

이전 섹션에서는, 프로그램에 쉐이더를 붙이는 함수를 보였다. 이제 이렇게 붙인 쉐이더를 프로그램에서 때어내는 함수에 대해서 알아보자. (OpenGL 2.0 형태)

void glDetachShader(GLuint program, GLuint shader);
Parameter:
program – 쉐이더를 떼어낼 프로그램 핸들
shader – 떼어낼 쉐이더 핸들

이에 대한 ARB 확장 형태는 다음과 같다.

void glDetachObjectARB(GLhandleARB program, GLhandleARB shader);
Parameter:
program – 쉐이더를 떼어낼 프로그램 핸들
shader – 떼어낼 쉐이더 핸들

쉐이더 삭제는 프로그램에서 떼어내야만 가능하며, 쉐이더 삭제와 프로그램 삭제에 대한 OpenGL 2.0 함수는 다음과 같다.

void glDeleteShader(GLuint id);
void glDeleteProgram(GLuid id);
Parameter:
id – 삭제할 프로그램 또는 쉐이더의 핸들

쉐이더가 프로그램에 붙여져 있을 경우, 위의 함수를 사용해 삭제를 시도해도 실제로 삭제되지 않고 단지 지워졌다고 표시만된다.  쉐이더의 실제 삭제는 프로그램에서 해당 쉐이더가 떼어지면 진짜로 삭제가 된다. 참고로 쉐이더는 하나의 프로그램에만 붙을 수 있는게 아니고 여러개에 붙을 수 있으며, 쉐이더를 삭제하기 위해서는 붙은 모든 프로그램으로부터 떼어내야 한다.

GLSL을 위한 OpenGL 설정 – InfoLog를 통한 디버깅
원문: http://www.lighthouse3d.com/opengl/glsl/index.php?oglinfo

쉐이더 디버깅은 어렵다. 아직 printf와 같은 출력문도 없고 앞으로도 없을 것이다. 하지만 향후 개발툴에서 쉐이더 디버깅을 위한 기능을 제공할지 모르겠다. 쉐이더 코드가 옳바르게 컴파일 되고 링크 되었는지를 검사하기 위한 함수가 있다.

컴파일 단계들에 대한 결과 상태를 얻기 위한 OpenGL 2.0 형태의 함수는 다음과 같다.

void glGetShaderiv(GLuint object, GLenum type, int *param);
Parameters:
object – 쉐이더나 프로그램에 대한 객체 핸들
type – GL_COMPILE_STATUS
param – 반환값으로써 성공이면 GL_TRUE를, 실패면 GL_FALSE

링크 단계에 대한 결과 상태를 얻기 위한 OpenGL 2.0 형태의 함수는 다음과 같다.

void glGetProgramiv(GLuint object, GLenum type, int *param);
Parameters:
object – 쉐이더나 프로그램에 대한 객체 핸들
type – GL_LINK_STATUS
param – 반환값으로써 성공이면 GL_TRUE이고 실패면 GL_FALSE

위의 OpenGL 2.0 형태의 두개의 함수에 대한 ARB 확장 함수는 하나로 대신할 수 있다.

void glGetObjectParameterivARB(GLhandleARB object, GLenum type, int *param);
Parameters:
object – 쉐이더나 프로그램에 대한 핸들
type – GL_OBJECT_LINK_STATUS_ARB 또는 GL_OBJECT_COMPILE_STATUS_ARB
param – 반환값으로써 성공이면 1, 실패면 0

위에서 언급한 함수들의 두번째 인자(type)에 대해 더 많은 옵션이 있지만, 자세한 설명은 여기서 하지 않겠다. 대신 http://developer.3dlabs.com/openGL2/index.htm를 참고하길 바란다.

에러가 발생할 경우 InfoLog를 사용해서 에러에 대한 더 많은 정보를 얻어올 수 있다. 이 로그는 수행한 마지막 연산에 대한 정보를 담고 있는데, 그 내용은 컴파일에 대한 경고나 에러 또는 링크 단계에서에서 발생한 문제들이다. 로그는 소프트웨어에서 실행될 쉐이더에 대해 더 많은 정보를 제공한다. 예를들어서 사용하고자 하는 기능이 하드웨어에서 지원하지 않는다든지, 아무런 문제가 없다든지와 같은 정보이다. 불행이도 InfoLog 메세지에 대한 스펙은 없다. 그래서 각 벤더마다 그 메세지의 내용이 다르다.

특정한 쉐이더나 프로그램에 대한 InfoLog를 얻기 위한 OpenGL 2.0 형태의 함수는 다음과 같다.

void glGetShaderInfoLog(GLuint object, int maxLen, int *len, char *log);
void glGetProgramInfoLog(GLuint object, int maxLen, int *len, char *log);
Parameters:
object – 쉐이더나 프로그램에 대한 객체 핸들
maxLen – InfoLog로부터 받을수 있는 문자의 최대 개수
len – 실제 받을 문자의 개수
log – 실제 로그 메세지 문자열

위의 함수에 대한 ARB 확장 형태는 다음과 같이 하나의 함수로 대신할 수 있다.

void glGetInfoLogARB(GLhandleARB object, int maxLen, int *len, char *log);
Parameters:
object – 쉐이더나 프로그램 객체에 대한 핸들
maxLen – InfoLog로부터 받을 수 있는 문자열의 최대 길이
len – 실제 받을 문자열의 길이
log – 실제 로그 메세지 문자열

InfoLog를 통해 얻을 정보의 정확한 길이를 알아야할 필요가 있는데, 얻는 방법은 아래의 함수와 같다. (OpenGL 2.0 형태)

void glGetShaderiv(GLuint object, GLenum type, int *param);
void glGetProgramiv(GLuint object, GLenum type, int *param);
Parameter:
object – 쉐이더나 프로그램 객체에 대한 핸들
type – GL_INFO_LOG_LENGTH
param – 반환값으로써 InfoLog의 길이

위의 함수에 대한 ARB 확장은 아래와 같다.

void glGetObjectParameterivARB(GLhandleARB object, GLenum type, int *param);
Parameters:
object – 쉐이더나 프로그램에 대한 핸들
type – GL_OBJECT_INFO_LOG_LENGTH_ARB
param – 반환값으로써 InfoLog의 길이

다음 함수는 OpenGL 2.0에서 InfoLog의 내용을 출력하는 예이다.

void printShaderInfoLog(GLuint obj)
{
  int infologLength = 0;
  int charsWritten  = 0;
  char *infoLog;

  glGetShaderiv(obj, GL_INFO_LOG_LENGTH, &infologLength);

  if (infologLength > 0)
  {
       infoLog = (char *)malloc(infologLength);
       glGetShaderInfoLog(obj, infologLength, &charsWritten, infoLog);
       printf("%s\n",infoLog);
       free(infoLog);
  }
}

void printProgramInfoLog(GLuint obj)
{
  int infologLength = 0;
  int charsWritten  = 0;
  char *infoLog;

  glGetProgramiv(obj, GL_INFO_LOG_LENGTH,&infologLength);

  if (infologLength > 0)
  {
       infoLog = (char *)malloc(infologLength);
       glGetProgramInfoLog(obj, infologLength, &charsWritten, infoLog);
       printf("%s\n",infoLog);
       free(infoLog);
  }
}

ARB 확장 형태는 아래와 같다.

void printInfoLog(GLhandleARB obj)
{
    int infologLength = 0;
    int charsWritten = 0;
    char *infoLog;

    glGetObjectParameterivARB(obj, 
        GL_OBJECT_INFO_LOG_LENGTH_ARB, &infologLength);

    if(infologLength > 0)
    {
        info = (char *)malloc(infologLength);
        glGetInfoLogARB(obj,infologLength, &charsWritten, infoLog);
        printf("%s\n", infoLog);
        free(infoLog);
    }
}

GLSL을 위한 OpenGL 설정 – 예제
원본 : http://www.lighthouse3d.com/opengl/glsl/index.php?oglexample1

다음 코드는 이전 섹션에서 설명했던 모든 단계를 포함하고 있다. p, f, v는 OpenGL 2.0 문법으로는 GLuint 타입이고 ARB 확장 문법으로는 GLhandleARB 타입인 전역변수이다.

OpenGL 2.0 문법은 다음과 같다.

void setShaders() {
    char *vs,*fs;
	
    v = glCreateShader(GL_VERTEX_SHADER);
    f = glCreateShader(GL_FRAGMENT_SHADER);	
	
    vs = textFileRead("toon.vert");
    fs = textFileRead("toon.frag");
	
    const char * vv = vs;
    const char * ff = fs;
	
    glShaderSource(v, 1, &vv, NULL);
    glShaderSource(f, 1, &ff, NULL);
	
    free(vs);
    free(fs);
	
    glCompileShader(v);
    glCompileShader(f);
	
    p = glCreateProgram();
		
    glAttachShader(p,v);
    glAttachShader(p,f);
	
    glLinkProgram(p);
    glUseProgram(p);
}

ARB 확장 문법은 다음과 같다.

void setShaders() {
    char *vs,*fs;
	
    v = glCreateShaderObjectARB(GL_VERTEX_SHADER_ARB);
    f = glCreateShaderObjectARB(GL_FRAGMENT_SHADER_ARB);	
	
    vs = textFileRead("toon.vert");
    fs = textFileRead("toon.frag");
	
    const char * vv = vs;
    const char * ff = fs;
	
    glShaderSourceARB(v, 1, &vv,NULL);
    glShaderSourceARB(f, 1, &ff,NULL);
	
    free(vs);
    free(fs);
	
    glCompileShaderARB(v);
    glCompileShaderARB(f);
	
    p = glCreateProgramObjectARB();
		
    glAttachObjectARB(p,v);
    glAttachObjectARB(p,f);
	
    glLinkProgramARB(p);
    glUseProgramObjectARB(p);
}

OpenGL 2.0의 형태와 ARB 확장 형태에 대한 GLUT를 사용한 완전한 예제는 다음을 통해 다운로드하길 바란다.

위의 코드는 2개의 간단한 쉐이더 코드와 text 파일을 읽는 함수가 포함되어져 있다. 참고로 위의 코드를 실행하면 그 결과는 다음과 같다.

네, 툰 쉐이딩이로군요~ 약간 어슬픈 느낌이긴 하지만 말입니다.