[번역] OpenGL GLSL Tutorial - 버텍스 셰이더

Lighthouse3d.com의 GLSL tutorial 번역입니다.

버텍스 셰이더는 한 번에 한 버텍스 씩, 각 버텍스에서 실행됩니다. 셰이더에는 그래픽 프리미티브를 구성하는 다른 버텍스에 대한 정보가 없으며, 버텍스가 속한 프리미티브의 타입이 무엇인지 모릅니다. 셰이더는 하나의 입력 버텍스 당 하나의 출력 버텍스를 내보냅니다.
각 버텍스는 사용자가 정의한 입력 속성(input attribute) 세트를 가집니다. 예를 들어, 위치, 법선 벡터, 텍스쳐 좌표와 같은 것들이 있습니다. 또한 버텍스 셰이더에서는 uniform 변수에 접근할 수 있습니다. uniform 변수는 드로우콜 동안 모든 버텍스에서 읽기 전용 전역 변수처럼 동작합니다.

GLSL는 사용자 정의 변수뿐만 아니라 버텍스 속성(vertex attribute) 세트를 정의합니다:

in int gl_VertexID;
in int gl_InstanceID;

gl_VertexID는 속성 배열(attribute array)의 버텍스 인덱스를 참조합니다.

인스턴스를 사용할 때 셰이더는 입력 버텍스 당 n번 실행되며, n값은 glDraw* OpenGL 명령에서 지정 인스턴스의 수입니다. gl_InstanceID 변수는 인스턴스의 인덱스를 담고 있습니다. 인스턴스를 사용하지 않는다면 이 변수의 값은 항상 0입니다.

버텍스 셰이더는 입력 속성을 받고 그 속성들을 계산하여 버텍스를 출력합니다. 버텍스 셰이더에서 사용할 수 있는 빌트인 출력 속성은 다음과 정의되어 있습니다:

out gl_PerVertex {
    vec4 gl_Position;
    float gl_PointSize;
    float gl_ClipDistance[];
};

이들 중 하나를 사용하는 것은 선택 사항이지만 버텍스 셰이더 이후의 고정 함수 단계에서는 gl_Position변수 사용을 가정합니다. 이 변수는 출력 버텍스 위치의 동차좌표를 저장합니다.

또한 셰이더는 버텍스 변수당 사용자 정의 출력을 정의할 수 있습니다.

아래에 이 기능들을 사용한 간단한 예제가 있습니다:

#version 410

layout (std140) uniform Matrices {
    mat4 projModeViewMatrix;
    mat3 normalMatrix;
};

in vec3 position;
in vec3 normal;
in vec2 texCoord;

out VertexData {
    vec2 texCoord;
    vec3 normal;
} VertexOut;

void main()
{
    VertexOut.texCoord = texCoord;
    VertexOut.normal = normalize(normalMatrix * normal);
    gl_Position = projModeViewMatrix * vec4(position, 1.0);
}

위의 버텍스 셰이더에는 버텍스 당 position, normal, texCoord 3개의 사용자 정의 속성이 정의 되었습니다. 그리고 Matrices uniform 블록에는 버텍스 변환, 법선 변환에 사용되는 두 행렬이 정의 되었습니다.

버텍스 셰이더의 출력은 texCoord과 normal 2개의 사용자 정의 속성과 GLSL의 빌트인 속성인 gl_Position입니다. 출력 변수가 이름 있는 블록으로 묶이는 것에 주의하세요.

출력은 main 함수에서 계산됩니다. 모든 타입의 셰이더에는 반드시 main 함수가 존재합니다. 그리고 C 프로그램과 유사한 방식으로 다른 추가 함수들을 정의할 수 있습니다.

성능에 관한 참고 사항.

성능적인 측면에서, 마지막으로 처리된 n개의 버텍스 출력을 저장하는 버텍스 캐시라는 것이 있습니다. 새 버텍스가 처리되기 전에 버텍스 캐시의 인덱스와 새 버텍스의 인덱스를 비교합니다. 해당 인덱스가 버텍스 캐시에 있다면, 이전에 처리된 각 데이터를 추가 처리없이 다음 파이프라인으로 보냅니다.

버텍스 캐시를 활용하면 triangle strip과 triangle fan에서처럼 명시적 또는 암시적으로 인덱스를 사용하여 성능을 개선할 수 있습니다. 예를 들어, triangle strip에서 새로운 삼각형 당 최대 하나의 버텍스가 처리됩니다. 정삼각형에서 인덱스를 사용할 경우, 이득을 계산하기 어렵습니다. 버텍스 캐시 히트를 증가시키기 위해 인덱스가 버텍스 데이터의 재구성을 요구할 수 있습니다.

버텍스 데이터가 strip이 아닌 경우, strip 또는 strip 세트로 변환될 수 있습니다. NVIDIA에서 이와 같은 처리를 수행하는 NVTriStrip라는 툴을 만들었습니다. 이 툴은 인덱스의 배열을 받고 가능한 한 큰 strip의 생성을 시도합니다. 다른 접근법으로, Tom Forsyth 알고리즘(LRU 알고리즘을 사용하는 버텍스 캐시 기반)은 GL_TRIANGLES 모드를 유지한 채로 히트를 증가시키기 위해 인덱스 데이터를 재구성합니다. Tootle(Triangle Order Optimization Tool(삼각형 순서 최적화 툴))는 모델 최적화, 픽셀 오버드로우 감소, post-transform 캐시와 vertex prefetch 캐시 히트를 증가시키는 AMD 툴입니다. 후자의 개선은 버텍스 데이터 자체를 재구성하여 삼각형의 버텍스가 메모리 상에서 서로 가깝게하여 달성됩니다. Adrian Stone은 여러 알고리즘에 대해 논의하고 테스트한 글을 작성했습니다. Ignacio Castaño는 그리드에 주목하여 글을 썼습니다.

출처

http://www.lighthouse3d.com/tutorials/glsl-tutorial/vertex-shader/