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OpenGL Shader – 24

GLSL 예제 : Lighting(광원) – 1/6
원문 : http://www.lighthouse3d.com/opengl/glsl/index.php?lights

OpenGL에는 세가지 종류의 빛이 있습니다: Directional, Point, Spotlight. 이 장에서는 Directional 광원을 구현하는 것으로 시작해 보겠다. 먼저 GLSL을 이용해서 OpenGL의 광원효과를 모방해 보겠다.

우리는 Ambient 빛으로 시작해서 GLSL을 점진적으로 발전시켜 Specular 빛까지 구현해보겠다.

다음으로 좀더 나은 결과를 제공하는 Lighting Per Pixel을 구현해보겠다.

그리고 이 다음으로는, Point와 Spot Lighting Per Pixel을 구현해보겠다. 빛에 대한 총 6개의 장은 Directional Lights에 관련된 장에서의 코드의 내용을 공통적으로 사용할 것이다.

툰쉐이더에서 언급했듯이, GLSL은 광원 설정에 대한 데이터를 포함하는 OpenGL 상태값에 접근할 수 있다. 이 데이터는 광원 설정에 대한 세세한 내용을 담고 있는 구조체형식의 전역변수이다.

struct gl_LightSourceParameters {
    vec4 ambient;
    vec4 diffuse;
    vec4 specular;
    vec4 position;
    vec4 halfVector;
    vec3 spotDirection;
    float spotExponent;
    float spotCutoff; // (range: [0.0, 90.0], 180.0)
    float spotCosCutoff; // (range: [1.0, 0.0], -1.0)
    float constantAttenuation;
    float linearAttenuation;
    float quadraticAttenuation;
};

uniform gl_LightSourceParameters gl_LightSource[gl_MaxLights];

struct gl_LightModelParameters {
    vec4 ambient;
};

uniform gl_LightModelParameters gl_LightModel;

재질 속성도 역시 GLSL에서 접근할 수 있다.

struct gl_MaterialParameters {
    vec4 emission;
    vec4 ambient;
    vec4 diffuse;
    vec4 specular;
    float shiness;
};

uniform gl_MaterialParameters gl_FrontMaterial;
uniform gl_MaterialParameters gl_BackMaterial;

광원과 재질에 대한 이 파라메터들의 대부분의 사용은 OpenGL 어플리케이션에서 사용하는 것과 유사하다. 이제 우리는 이들 속성을 사용해서 Directional 광원을 구현해 볼 것이다.

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OpenGL Shader – 23

GLSL 예제 – 툰쉐이딩 마지막 장.. (4/4)
원본 : http://www.lighthouse3d.com/opengl/glsl/index.php?toon3

툰쉐이딩을 끝내기 전에 한가지 더 살펴보자 : lightDir 변수를 사용하는 대신에 OpenGL 빛을 사용한 것. OpenGL에서 빛을 하나 정의하고 이 빛의 방향을 쉐이더에서 사용하는 방법이다. 주의: glEnable을 사용해서 빛을 활성화할 필요가 없는데, OpenGL에서 이 빛을 실제로 사용하지는 않을 것이기 때문이다.

우리는 OpenGL에서 첫번째 빛(GL_LIGHT0)이 Directional 빛이라고 가정하겠다.

GLSL은 OpenGL 상태의 일부에 접근할 수 있는데, 바로 빛과 같은 속성에 접근할 수 있다. GLSL은 빛의 속성에 대한 C언어 형식의 구조체를 정의하고 있는데 각 빛에 대한 속성을 정의하기 위한 배열로 존재한다.

struct gl_LightSourceParameters {
    vec4 ambient;
    vec4 diffuse;
    vec4 specular;
    vec4 position;
};

uniform gl_LightSourceParamters gl_LightSource[gl_MaxLights];

위의 구조체와 변수를 이용해서 버텍스 쉐이더에서 빛의 방향을 얻어낼 수 있는데, 구조체의 필드중에 position을 이용하면 된다. 여기서 다시 우리는 OpenGL 어플리케이션에서 빛의 방향 벡터가 정규화되었다고 가장하겠다.

OpenGL은 스펙상 빛의 위치가 지정되면 이 위치 좌표가 자동으로 눈 공간 좌표계(eye space coordinate), 예를 들어서 카메라 좌표계로 바뀐다. 우리는 좌표체계가 바뀌어도 빛의 위치가 정규화된 상태로 유지된다고 가정할 수 있다. 이 가정은 모델뷰해열의 좌측상단의 3×3 부분의 행렬이 직교일때 옳다(만약 gluLookAt함수를 사용하고, 어플리케이션에서 좌표계의 크기조정을 하지 않았다면 확실히 옳다).

우리는 법선벡터를 눈 공간 좌표계(카메라 좌표계)로 변환해야 하며, 빛의 방향벡터와 법선벡터 사이의 각을 계산하기 위해 내적 계산을 해야 한다.

법선벡터를 카메라 좌표계로  변환하기 위해서는 미리 정의된 Uniform  변수인 gl_NormalMatrix를 사용한다. 이 행렬 변수는 모델뷰 매트릭스의 좌상단의 3×3 부분의 역행렬의 전치 행렬이다. 우리는 하나의 버텍스 마다 법선 변환을 수행할 것인데 아래의 코드가 바로 이 변환에 대한 코드이다.

varying vec3 normal;

void main()
{
    normal = gl_NormalMatrix * gl_Normal;
    gl_Position = ftransform();
}

아래의 코드처럼 프레그먼트 쉐이더에서 빛의 위치를 얻어와 빛의 밝기값을 계산한다.

varying vec3 normal;

void main()
{
    float intensity;
    vec3 color;
    vec3 n = normalize(normal);

    intensity = dot(vec3(gl_LightSource[0].position, n);

    if(intensity > 0.95)
        color = vec4(1.0, 0.5, 0.5, 1.0);
    else if(intensity > 0.5)
        color = vec4(0.6, 0.3, 0.3, 1.0);
    else if(intensity > 0.25)
        color = vec4(0.4, 0.2, 0.2, 1.0);
    else
        color = vec4(0.2, 0.1, 0.1, 1.0);

    gl_FragColor = color;
}

최종 소스 코드는 다음을 통해 다운로드 받길 바란다.1264150041.zip1096160345.zip