X-tra의 그 무엇

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욕심많아 진도 느린 X-tra입니다.
by X-tra
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같이 게임을 제작하는 프로그램을 하는 후배가 쉐이더 공부를 하는데
사실 정확하게 몰라서 혼났습니다 ㅡ.ㅡ;

물어보기에는 이미 많은 시간이 흘러 아무도 없을때 몰래 찾아 봤는데 생각 보다 간단하게는 없더군요.
그 와중에 찾은 것들을 연결해 보겠습니다.




http://blog.naver.com/piccoro77?Redirect=Log&logNo=100056741605
피코로님의 블로그에서 얻는 글입니다.

Shader란?
간단히 말해서 Rendering하는 부분을 말함.
특히 복잡한 Texture나 효과를 내기위해서는 GPU가 사용되는데
GPU가 하는 일인데 이를 사용자가 임의로 지정해서 효과를 내기위해서는
Shader를 사용하여 프로그래밍을 해야만 효과를 낼 수 있음.

이 부분에 대해서는
어찌 보면 프로그램을 잘 모르는 기획자 분들은 어떤 식으로 사용한다는 것인지 감이 안 잡히실지도 모르지만
적어도 이론적으로라도 이해 하신다면 충분하다고

앞서가신 분들 중에 그리 말하시는 분들이 있으셨으니 너무 걱정마세요 ㅡ.ㅡ;




저는 프로그램을 조금 만져서 아래의 글까지 읽었습니다.
DireactX를 하신 기획자 분이라면 이해 하실 거라 생각합니다.

http://tong.nate.com/duragon/42228238
duragon님의 블로그입니다.

0. 들어가며

Shader X2 를 살펴 보기 이전에 쉐이더가 무엇인지에 대해서 살펴 보고 가야 할 것 같습니다.
물론 책을 보는 것이 더 빠를 수도 있겠지만 저같은 허접이 한 번 정리해 보는 것도 쉽게 접근할 수 있는 방법이 되지 않을까 생각합니다.

1. Fixed Pipeline

보통 게임 프로그래밍을 한다고 하면 C/C++ 에 대해서 공부하고, Win32 나 MFC 응용프로그램을 작성하고, 그리고 나서 OpenGL 이나 Direct3D 같은 라이브러리를 응용프로그램에 통합하여 사용하게 됩니다.

Direct3D 튜토리얼이나 입문 서적들을 보면서 장치, 정점 버퍼, 인덱스 버퍼, 텍스처, 변환, 광원, 재질 등에 대해서 공부하게 됩니다. 제일 간단한 형태가 아래와 같은 구현이겠죠.

    장치 생성
    정점 버퍼 생성
    인덱스 버퍼 생성
    텍스처 생성

    Clear()
    BeginScene()
        각종 렌더 스테이트 설정
        정점 스트림 설정
        인덱스 스트림 설정
        광원 설정
        재질 설정
        텍스처 설정
        각종 텍스처 스테이지 스테이트 설정
        각종 샘플러 스테이트 설정
        텍스처 설정
        뷰행렬 설정
        투영행렬 설정
        월드 행렬 설정
        DrawXXX()
    EndScene()
    Present()

    텍스처 언로드
    인덱스 버퍼 언로드
    정점 버퍼 언로드
    장치 언로드

뭐 빠진 부분도 있겠지만 BeginScene() 과 EndScene() 사이에 여러 가지 상태를 설정하고 Draw() 한 다음에 장치에 제출(Present)하게 됩니다. 이러한 일련의 과정들을 수행하기 위해서 Direct3D9 는 여러 가지 함수들을 제공합니다.

하지만 자세히 살펴 보면 이러한 여러 가지 작업들은 자료(Data) 와 연산(Operation) 으로 구분할 수 있다는 것을 알 수 있습니다.

SetXXX() 를 통해 설정하는 광원, 재질, 텍스처, 정점, 인덱스, 행렬 등은 응용프로그램에서 준비한 자료라 할 수 있고, 각종 SetXXXState() 메서드는 실제 그래픽 카드 내에서의 연산 방식을 설정하는 것이라 할 수 있습니다. 물론 이 연산에는 조건이라는 부분도 포함이 됩니다.

예를 들어 하나의 메시(Mesh) 를 렌더링한다고 합시다. 메시는 Max 등의 모델링 툴을 통해서 생성되거나 프로그래머가 직접 정점 위치를 설정하여 만들어 낼 수 있습니다. 보통 메시 자체의 공간인 오브젝트 공간을 가지고 있으며, 이를 3D 월드 내에서 표현하기 위해서는 월드 변환을 수행해 주어야 합니다. 그 다음으로는 보이지 않는 데이터들에 대한 처리 비용을 줄이기 위해서 뷰 공간으로 이동하고, 최종적으로 화면에 투영하기 위해서 절단 공간으로 이동하게 됩니다.

이러한 과정들을 처리하기 위해서 우리는 아래와 같이 간단하게 행렬들을 설정합니다.

    m_pD3DDevice->SetTransform( D3DTS_WORLD, &mWorld );      // 월드 행렬
    m_pD3DDevice->SetTransform( D3DTS_VIEW, &mView );          // 뷰 행렬
    m_pD3DDevice->SetTransform( D3DTS_PROJECTION, &mProj); // 투영 행렬

내부적으로는 어떤 식으로 처리되든지 우리는 개념적으로 파악하고 있기만 하면 되고 모든 계산은 라이브러리 및 GPU 가 알아서 해 줍니다.

안개를 설정할 때도 마찬가지로 자료와 연산의 종류만 설정해 주면 됩니다. 안개 이론이 어쩌고 저쩌고 알지 못해도 간단하게 몇 줄 호출함으로써 이를 구현하는 것이 가능합니다.

    float Start = 0.5f,
          End   = 0.8f;
 
    g_pDevice->SetRenderState(D3DRS_FOGENABLE, TRUE);
    g_pDevice->SetRenderState(D3DRS_FOGCOLOR, Color);
    g_pDevice->SetRenderState(D3DRS_FOGVERTEXMODE, D3DFOG_LINEAR);
    g_pDevice->SetRenderState(D3DRS_FOGSTART, *(DWORD *)(&Start));
    g_pDevice->SetRenderState(D3DRS_FOGEND,   *(DWORD *)(&End));

D3DRS_FOGENABLE 에서 안개를 렌더링하라고 조건을 설정한 것이며,
D3DRS_FOGCOLOR 는 안개 색상을 설정하고,
D3DRS_FOGVERTEXMODE 는 안개 연산을 위한 알고리즘을 설정하고,
D3DRS_FOGSTART 와 D3DRS_FOGEND 는 안개의 시작 및 종료를 설정합니다.

매우 간단하지 않습니까. 안개를 렌더링하는 알고리즘은 D3DFOG_EXP, D3DFOG_EXP2 등으로 간단히 대체될 수도 있습니다.

우리는 단순하게 FOG 를 사용할 것임을 설정하고 관련 자료 및 연산을 "미리 정해진 형식"으로 설정하기만 하면 됩니다.

이렇게 "미리" 정해진 연산을 수행할 수 있도록 제공되는 기능이 바로 고정함수 파이프라인(Fixed Pipeline)입니다.

2. Shader, Programmable Pipeline

고정함수 파이프라인을 이용해서 왠만한 것들을 표현하는 것이 가능합니다. 하지만 시간이 지날 수록 사람들은 고정함수 파이프라인이 제공하지 않는 다른 특별한 표현을 하고자 하는 욕망을 품게 되었으며, 고정 함수 파이프라인의 성능에 대한 의구심을 품게 되었습니다.

예를 들어 "D3DFOG_LINEAR, D3DFOG_EXP, D3DFOG_EXP2 가 아니라 Volume Fog 를 사용하고 싶어요" 같은 요구가 생겨나게 된 것입니다. D3D 가 고정적으로 지원하는 기능이 아니기 때문에 사용자가 직접 구현해야 할 필요가 생긴 것입니다.

이러한 요구를 받아 들여 하드웨어 제조 업체와 마이크로 소프트는 Vertex Shader 와 Pixel Shader 라는 것을 발표하게 됩니다. 이 쉐이더라는 것은 하드웨어 상에서 처리되는 작업들에 대한 코드를 프로그래머가 직접 조작할 수 있다는 의미에서 프로그래밍 가능한 파이프라인(programmable pipeline) 이라고 불립니다. 쉐이더라는 것은 이러한 작업들을 총체적으로 일컫는 말, 즉 프로그래밍의 그래픽 하드웨어적 표현이라고 생각하시면 됩니다.

Vertex Shader 는 정점 처리에 대한 부분이고 Pixel 쉐이더는 픽셀 처리에 대한 부분입니다. Pixel 쉐이더는 fragment 쉐이더라고 불리기도 하는데, 저는 프래그먼트 쉐이더가 더 정확한 의미를 전달한다고 생각합니다. 소위 말하는 픽셀이라는 것은 화면에 찍히는 점 하나를 의미합니다. 하지만 프래그먼트는 그 점이 계산하기 위해서 필요로 하는 여러 가지 정보들을 모두 포함하는 개념입니다.

여기에서 우리가 눈치챌 수 있는 부분은 어떤 자료를 가지고 작업을 하느냐에 따라서 XXX Shader 라는 이름이 붙는다는 것입니다. 물론 자료에 따라서 수행할 수 있는 연산들은 다르겠죠. 이 시점에서 우리는 Direct3D 아키텍처를 살펴볼 필요가 있습니다.

 


Vertex Data 와 Primitive Data 는 Tessellation 을 거쳐, Vertex processing, Geometry Processing, Pixel Processing, Pixel Rendering 의 과정을 밟습니다. 이것을 보통 그래픽 파이프라인이라고 부르는 거죠.
 
만약 우리가 Tessellation 에 개입할 수 있다면 ( 프로그램 코드를 작성하여 원하는 대로 할 수 있다는 의미입니다 ), Tessellation Shader 라고 부르겠죠.
 
Direct3D 가 Vertex Shader 와 Pixel Shader 를 제공한다는 것은 위의 그림에서 Vertex Processing 과 Pixel Processing 부분에 대한 실행 코드를 프로그래머가 작성할 수 있게 한다는 의미입니다.
 
현재 Direct3D 9 에서는 Vertex Shader 와 Pixel Shader 만을 지원하고 있지만 Direct3D 10 부터는 Geometry Shader 를 지원한다고 합니다. 즉 하드웨어 상에서 Primitive 단위로 연산을 수행할 수 있다는 의미입니다. 아직 쉐이더에 익숙하지 않으신 분들은 그것이 어떤 의미를 가지는 지에 대해 잘 못 느끼시겠지만, 간단한 예를 들면 "마우스가 올라간 삼각형을 빨갛게 만들어 주세요" 라는 식의 작업을 Geometry Shader 에서 할 수 있다는 것입니다.
 
아래 그림은 Direct3D 10 의 파이프라인 개념도입니다.
 

그림만 보고 쉽게 이해하기는 어렵겠지만 VS, GS, RS, PS, 이렇게 네 개의 쉐이더를 지원한다는 것만 알고 계시면 될 것 같습니다. Direct3D9 의 architecture 와는 약간 다른 형태를 띠고 있기는 하지만 큰 부분에서의 차이는 없기 때문에 Direct3D9 architecture 및 쉐이더에 대해서 이해하는 것은 중요하다고 할 수 있습니다.
 
3. 나가며
 
오늘 Assembly Shader 와 HLSL 에 대해서도 다루려고 했는데 시간이 너무 늦어서 내일 다루도록 하겠습니다.



마지막 인사말은 제가 쓴 말이 아닙니다 오해하지 마세요 ㅡ.ㅡ;;
전 이 글이 도움이 되었습니다. 다른 분들도 이것으로 도움이 되었으면 좋겠네요.

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http://blog.naver.com/ani6mm/100060575539
ani6mm님의 블로그 입니다.

애니메이터의 관한 지식을 얻을 수 있는 유익한 만화를 연재하고 있습니다.

저는 기획을 공부 하고 있지만
그 보다 이전 부터 애니메이션에 관한 공부를 함께 하고 있었는데
복수로 전공하고 있던 애니과의 공부보다 유익한 느낌입니다.

[사실 대학교는 고등학교때 독한 한것 보다 배운것이 없었습니다 ㅡ.ㅡ;]

특히나 실전에 쓰이는 노하우들이 나오는데
최근 애니메이션 졸업 작업을 하면서 스토리 보드를 작업하고 있는 저에게는 아주 유용한 정보였습니다.

지금도 연재는 진행 중입니다.


http://blog.naver.com/a1231724
카부터님의 블로그입니다.
위의 불로그를 알수 있도록 소개해준 고마운 블로그입니다.

하루에 한번 꼭 챙기는 블로그로 좋은 블로그들이나 홈페이지를 소개 해주시기도 합니다.
분야도 넓으니 지속적으로 보시게 된다면 유익하실 겁니다.



애니메이션이야기는
그래픽 하시는 분들 유익한 정보가 되었으면 합니다.
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http://persian8.com/
생각하는 고양이 페르시안님의 장소입니다.

기획에 관한 좋은 글들이 잔득있는 곳입니다.

저도 기획에 관한 글을 적고 싶은데
아직은 이른듯하여

좋은 블로그들을 올리도록 하겠습니다.
사실 저 한명의 글 보다는 수많은 사람들의 이론을 보는 것이 좋습니다.

모두 생각하는 것이 다르기 때문입니다.

소개하고 싶은 곳이 정말 많은데

제가 여유가 애매하군요 ㅡ.ㅡ;;
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