[Computer Graphics] 셰이더의 종류

cmlee 2022. 10. 27. 14:04

0. Shader

컴퓨터 그래픽스 분야에서 셰이더(shader)는 소프트웨어 명령의 집합으로

주로 그래픽 하드웨어의 렌더링 효과를 계산하는 데 쓰인다.

셰이더는 그래픽 처리 장치(GPU)의 프로그래밍이 가능한 렌더링 파이프라인을 프로그래밍하는 데 쓰인다.

버텍스 셰이더는 주로 물체의 정점 정보에 수학적인 연산을 함으로써 물체에 특별한 효과를 주는 데 쓰인다.

각각의 정점이 정의되는 방법은 다양하다. 정점이 가지는 정보는 예를 들어 3차원의 위치를 나타내는 x, y, z 좌표나,

색상, 텍스처, 조명 정보 등이 있다. 버텍스 셰이더는 이런 정점의 정보값을 변화시켜서,

물체를 특별한 위치로 옮기거나, 텍스처를 바꾸거나, 색상을 바꾸는 등의 일을 할 수 있다.

하지만 기존의 정점을 지우거나 새로운 정점을 추가하는 등의 작업은 할 수 없다.

지오메트리 셰이더는 버텍스 셰이더에서는 할 수 없는 점이나, 선, 삼각형 등의 도형을 생성할 수 있는 기능이 있다.

지오메트리 셰이더 프로그램은 버텍스 셰이더가 수행되고 난 뒤에 수행된다. 지오메트리 셰이더 프로그램은

버텍스 셰이더를 거쳐온 도형 정보를 입력받는데, 예를 들어 정점 3개가 지오메트리 셰이더에 들어오면,

셰이더는 정점을 모두 없앨 수도 있고 더 많은 도형을 만들어 내보낼 수도 있다.

지오메트리 셰이더를 지나간 도형 정보는 레스터라이즈를 거친 뒤 픽셀 셰이더를 통과하게 된다.

지오메트리 셰이더는 테셀레이션이나 그림자 효과, 큐브 맵을 한번의 처리로 렌더링하는 데에 주로 쓰인다.

지오메트리 셰이더는 어셈블리어나, Cg, HLSL, GLSL 등으로 프로그래밍할 수 있다.

지오메트리 셰이더는 DirectX 10 버전부터 시작되었으므로, DirectX10 버전 이상의 HLSL로만 프로그래밍 할 수 있다. OpenGL 은 3.2 이상부터 GLSL 로 프로그래밍 할 수 있다.

프래그먼트 셰이더는 오브젝트가 화면에서 차지하고 있는 모든 픽셀마다 실행되는 프로그램이며

보통 각 픽셀의 컬러를 계산하고 출력하기 위해 사용된다. 화면에는 보통 수백만 개의 픽셀이 있으며

프래그먼트 셰이더는 이 모든 픽셀에 대해 실행된다.

프래그먼트 셰이더를 최적화하는 것은 전반적인 게임 성능에 있어 매우 중요한 부분이다.

픽셀 셰이더는 렌더링 될 각각의 픽셀들의 색을 계산한다.

때문에 픽셀 셰이더는 최종적으로 픽셀이 어떻게 보일지를 결정한다.

픽셀 셰이더는 간단하게 언제나 같은 색을 출력하는 간단한 일에서부터, 텍스처로부터 색을 읽어오거나,

빛을 적용하는 것, 범프 매핑, 그림자, 반사광, 투명처리 등 복잡한 현상 등을 수행할 수 있다.

픽셀 셰이더는 각각의 픽셀들이 렌더링될 때 수행되기 때문에, 다른 픽셀들과 아무런 연관이 없다.

픽셀 셰이더는 오직 한 픽셀만을 연산하기 때문에, 주변의 픽셀이나, 그리는 도형에 대한 정보를 알 수 없다.

이 때문에 픽셀 셰이더는 스스로 매우 복잡한 효과를 만들어 낼 수는 없다.

픽셀 셰이더는 픽셀의 색 말고도 깊이(Z버퍼에 쓰인다)나 또 다른 색(다른 렌더 목표물에 쓰인다)을 출력할 수 있다.