[ Java JOGL 프로그래밍 ] VAO, VBO 적용하여 쉐이더에 텍스처 좌표 넘기기

기존에는 GL2.Vertex등을 활용해서 직접 좌표를 찍고 매 호출시마다 CPU 호출로 정점을 출력해주었는데 이런 경우 나중에 성능 문제가 발생할 수 있다. 지금은 정점이 한 두개 밖에 안돼서 딱히 큰 체감을 못 느끼지만 실제 게임이나 3D 모델링에서 버텍스 개수는 수 만개는 기본이다. 캐릭터 한 개 당 수 만 개의 버텍스를 출력하는데, 대량의 캐릭터, 배경, 건물 등을 렌더링하다보면 수십~수백만은 기본적으로 넘어가게 된다. 이러한 작업을 모두 for 반복을 통해 출력을 하게 되면 당연히 성능 저하가 올 수 밖에 없으며, 그것이 CPU의 한계이다. 따라서 이 모든 데이터를 버텍스 버퍼 공간에 담아 GPU로 업로드한 뒤 GPU에서 한 번에 쏴주도록 구현을 해야한다. 또한 그 과정에서 Layout을 지정해서 각 정점 좌표들이 어디에 해당하는지, 어떤 좌표인지 쉐이더에 알려줄 수도 있다.

VBO

VBO 는 기본적으로 버텍스 데이터를 담는 버퍼 공간이라고 생각하면 되는 것 같다. 실제 정점 정보가 있다면 이 정점 정보는 모두 VBO GenBuffers 하여 이 공간에 담는다.

IntBuffer VBO = IntBuffer.allocate(4); gl.glGenBuffers(1, VBO); ... gl.glBindBuffer(GL.GL_ARRAY_BUFFER, VBOHandle); gl.glBufferData(GL.GL_ARRAY_BUFFER, fb.capacity() * Buffers.SIZEOF_FLOAT, fb,GL.GL_STATIC_DRAW);

위 코드는 4바이트 Int Buffer 공간을 만들고 (!개의 정수) 이 공간에 GenBuffers의 핸들 값을 할당받는다. 버퍼는 우선 한 개만 삽입할 것이므로, 개수는 1로 지정하였다. 그리고 GL.GL_ARRAY_BUFFER 옵션을 통해 VBO 핸들에 대해서 작업한다고 명시하고 (VBOHandle은 VBO IntBuffer의 get 한 값이다.) 이 명시된 공간에 실제 fb라는 데이터를 복사한다. 그 과정에서 실제 바이트 크기를 넘겨야하는데 정점 정보는 모두 실수이므로, 정점 개수 * float 데이터 형 크기로 넘겨야한다. 즉 전체 소스로 보면 다음과 같다.

특히 vertices 에는 메모리 공간에 탑재할 실제 정점 정보를 입력해야한다. 여기서 오해하면 안되는 것은, Vertex 좌표, Texcoord 좌표, Normal 좌표등 넘길 값을 모조리 다 한번에 넘기고 있다. 구분 방법은 존재해야하는데 나 같은 경우 "버텍스 좌표 2개" "텍스처 좌표 2개" 형식으로 반복하면서 넣고 있다. 이는 추후 VAO를 구성할 때 규칙을 지정하여 어느 부분이 Vertex 이고 어느 부분이 TexCoord 인지 명시해야한다.

VAO

위 버텍스 공간에 버텍스들을 할당했다면 이제 이 정보들과 규칙들을 명시할 차례이다. VAO 공간을 할당하기 위해서는 glGenVertexArrays를 사용한다.

IntBuffer VAO = IntBuffer.allocate(4); gl.glGenVertexArrays(1, VAO); int VAOHandle = VAO.get();

이렇게 만들어진 VAO 핸들 공간에 Binding 해주고, 어떤 VBO Handle 인지 명시해준다.

gl.glBindVertexArray(VAOHandle); gl.glBindBuffer(GL.GL_ARRAY_BUFFER, VBOHandle);

그리고 이제 실제 어떤 규칙의 데이터인지 명시를해야하는데, 이는 glVertexAttribPointer을 사용해서 명시할 수 있다.

gl.glVertexAttribPointer(0, 2, GL.GL_FLOAT, false, 4 * Buffers.SIZEOF_FLOAT, 0); gl.glEnableVertexAttribArray(0);

먼저 첫 번째 인자는 Layout 넘버(인덱스)이므로 0번으로 할당한다. 이는 추후 쉐이더에 넘길 때 사용된다. 다음으로는 개수(size)인데, x,y 2개가 한 개의 정점 좌표를 의미하므로 2를 입력한다. 다섯 번째 인자에는 Stride 간격을 넣는데 주의할 점은 bytes 단위로 넣어야한다. 즉 시작 지점에서부터 4 float 뒤에 다시 다음 2개의 정점 좌표가 오기 때문에, 4 * float_data_size 크기로 넣어야 한다. 따라서 나는 4* Buffers.SIZEOF_FLOAT 로 기입하였다. 결과적으로는 16바이트마다 반복되는 것 이다. 마지막 인자는 시작 바이트 위치인데, 정점 좌표는 제일 앞에서부터 기입했으므로 0바이트를 넣는다.

gl.glVertexAttribPointer(1, 2, GL.GL_FLOAT, false, 4 * Buffers.SIZEOF_FLOAT, 2* Buffers.SIZEOF_FLOAT); gl.glEnableVertexAttribArray(1);

한편 TexCoord 의 경우는 버텍스 x,y 2개(정점 한개)가 나온 뒤에서야 TexCoord가 반복된다. 사이즈는 그대로 2이고, Stride 간격도 역시 16바이트(TexCoord 시작으로부터 4개 정점 이후)이나, 시작 위치는 비로소 2번째 인덱스부터 시작되기 때문에 2 * Buffers.SIZEOF_FLOAT 로 8바이트 오프셋 부터로 정의한다. TexCoord는 1번 레이아웃으로 지정하였다.

렌더

렌더링할 때는 이제 VAO 정보만 있으면 된다. VAO 핸들만 있으면 이미 초기화단계에서 모두 명시하고 참조해두었기 때문에, 그리는 방법과 총 최종 정점의 개수만 있으면 된다.

gl.glBindVertexArray(vaoA); gl.glDrawArrays(GL2.GL_QUADS, 0, 4);

이 상태에서 정상적으로 QUADS 가 출력됨을 확인할 수 있었다.

쉐이딩에서의 텍스처 처리

이 상황에서 Vertex의 레이아웃 넘버는 0, TexCoord 의 레이아웃 넘버는 1로 지정했기 때문에 쉐이더에서도 1로 받아 텍스처 좌표를 처리할 수 있게 되었다.

Vertex Shader에서 layout (location = 1) 은 Vec2 텍스처 좌표 u,v 를 의미하기에 vec2 로 지정하였다. (위 pos는 vec3로 하였는데 잘 되는거 봐서는 안에서 알아서 데이터 형을 맞춰주나보다.) 이 값을 그대로 FragmentShader 측으로 넘긴다.

이렇게 넘겨진 oTex Coord는 Fragment Shader 에서 다시 받아 texcoord 와 sampler2D 로 합성해주고 색상을 표시한다.

나 같은 경우 시간 Uniform에 Sin 함수를 적용해서 이미지가 채워졌다 안채워졌다 반복하게끔 작업하였다.

* 참고로 uniform sampler2D tex 에 Texture을 넘기기 위해서는 TextureHandle 을 Uniform에 바인딩해주면 된다.

int uniformLoc = gl.glGetUniformLocation(shader, "tex"); gl.glUniform1f(uniformLoc, textureID);

textureID 는 텍스처를 로드하고 나오는 핸들 값을 의미한다. 이 부분은 텍스처 로드에 관련하여 작성한 일지를 참고하길 바란다.

시간이 지남에 따라서 글자가 서서히 나타나는 것을 확인할 수 있다.

사실 왜 자바에서 GL을 공부하냐면 개인적으로 사용할 가사 재생 프로그램을 만들고 싶어서였다.