WebGL 컨텍스트에 2D 컨텐츠 추가하기

일단 성공적으로 WebGL컨텍스트를 생성하면 그 안에 렌더링을 시작할 수 있습니다. 가장 간단히 해볼 수 있는 것은 텍스쳐가 없는 2D 객체를 렌더링 하는 것입니다. 한번 사각형을 그리는 코드를 작성하는 것으로 시작해봅시다.

장면(scene)에 조명효과 추가하기

  시작 하기전에 반드시 이해해야할 것은 예제에서 오직 2차원 객체만 랜더링을 하더라도 3D 공간에서 그리고 있다는 것 입니다. 이처럼 여전히 객체가 그려질 간단한 장면에 조명 쉐이더를 설정하는것이 필요합니다. 여기서 어떻게 사각형에 조명효과를 줄 수 있는지 확인해보겠습니다.
 

쉐이더 초기화

  쉐이더는OpenGL ES 쉐이딩 언어를 사용하여 지정됩니다. 컨텐츠의 유지보수와 업데이트를 쉽게하기 위해 쉐이더를 '불러오기위한' 코드를 직접 작성하겠습니다. 다시 말하자면 쉐이더를 직접 새로 만드는 것이 아니라 HTML문서에서 쉐이더를 '찾아오는' 자바스크립트 코드입니다. 이 작업을 처리하는 initShaders()함수의 일반적인 형태를 살펴보겠습니다.

function initShaders() {
  var fragmentShader = getShader(gl, "shader-fs");
  var vertexShader = getShader(gl, "shader-vs");
  
  // Create the shader program
  
  shaderProgram = gl.createProgram();
  gl.attachShader(shaderProgram, vertexShader);
  gl.attachShader(shaderProgram, fragmentShader);
  gl.linkProgram(shaderProgram);
  
  // If creating the shader program failed, alert
  
  if (!gl.getProgramParameter(shaderProgram, gl.LINK_STATUS)) {
    alert("Unable to initialize the shader program.");
  }
  
  gl.useProgram(shaderProgram);
  
  vertexPositionAttribute = gl.getAttribLocation(shaderProgram, "aVertexPosition");
  gl.enableVertexAttribArray(vertexPositionAttribute);
}

이 방식을 통해 로딩되는 쉐이더는 두가지가 있습니다. 첫번째는 조각 쉐이더(fragment shader)로 "shader-fs"라는 ID를 가진 script 엘리먼트에서 불러옵니다. 두번째는 정점 쉐이더(vertex shader)로 "shader-vs"라는 ID를 가진 script엘리먼트에서 불러옵니다.  getShader()함수는 다음 섹션에서 다룰 것입니다.  이 과정은 쉐이더 프로그램을 DOM에서 가저오는 것을 다룹니다. 

그 다음 우리는 WebGL 객체의 createProgram()함수를 호출하여 쉐이더 프로그램을 생성 할 것입니다.  WebGL 객체에 두개의 쉐이더를  붙인다음 서로 연결할 것입니다. 그 다음 프로그램이 성공적으로 연결되었는지 확인하기 위해 gl 객체의 LINK_STATUS 매개변수를 체크합니다. 이것이 성공적이라면 새로운 쉐이더 프로그램을 활성화 합니다.

DOM에서 쉐이더 불러오기

getShader()함수는 DOM에서 지정된 이름을 가진 쉐이더 프로그램을 가져와 컴파일된 쉐이더 프로그램을 호출자에 반환 합니다. 컴파일이나 불러올 수 없는 경우에는 null을 반환 합니다.

function getShader(gl, id) {
  var shaderScript, theSource, currentChild, shader;
  
  shaderScript = document.getElementById(id);
  
  if (!shaderScript) {
    return null;
  }
  
  theSource = "";
  currentChild = shaderScript.firstChild;
  
  while(currentChild) {
    if (currentChild.nodeType == currentChild.TEXT_NODE) {
      theSource += currentChild.textContent;
    }
    
    currentChild = currentChild.nextSibling;
  }

특정 ID를 가진 엘리먼트를 찾으면 텍스트 컨텐츠가 theSource 변수에 저장됩니다.

  if (shaderScript.type == "x-shader/x-fragment") {
    shader = gl.createShader(gl.FRAGMENT_SHADER);
  } else if (shaderScript.type == "x-shader/x-vertex") {
    shader = gl.createShader(gl.VERTEX_SHADER);
  } else {
     // Unknown shader type
     return null;
  }

쉐이더를 위한 코드가 읽혀지면 쉐이더가 정점 쉐이더(MIME type "x-shader/x-vertex")인지 조각 쉐이더(MIME type "x-shader/x-fragment")인지 결정하기 위해 쉐이더 객체의 MIME 형식을 살펴봅니다. 그 다음 소스 코드에서 얻어진 것을 가지고 적절한 타입의 쉐이더를 생성합니다.

  gl.shaderSource(shader, theSource);
    
  // Compile the shader program
  gl.compileShader(shader);  
    
  // See if it compiled successfully
  if (!gl.getShaderParameter(shader, gl.COMPILE_STATUS)) {  
      alert("An error occurred compiling the shaders: " + gl.getShaderInfoLog(shader));  
      return null;  
  }
    
  return shader;
}
마지막으로 소스는 쉐이더로 전달되고 컴파일됩니다. 만약 쉐이더가 컴파일하는 동안 에러가 발생하면 경고 메세지를 출력하고 null을 반환합니다. 그러지 않으면 새롭게 컴파일된 쉐이더가 호출자로 반환됩니다.
 

쉐이더

그 다음 쉐이더 프로그램을 HTML 표현에 추가해야 합니다. 쉐이더가 구체적으로 어떻게 작동하는지에 대한 내용은 이 문서에서 다루지 않습니다. 다음은 쉐이더 언어 문법입니다.
 

조각 쉐이더(Fragment shader)

다각형 안에 있는 각각의 픽셀은 GL 전문용어로 fragment이라고 부릅니다. fragment shader가 하는 일은 각 픽셀의 색상을 설정하는 것입니다. 우리는 간단하게 각 픽셀을 하얀색으로 지정하겠습니다.

fragment의 색상에서 사용되는 gl_FragColor는 GL에서 만들어진 변수입니다. 아래와 같이 값을 설정하면 픽셀의 색상이 설정됩니다.

<script id="shader-fs" type="x-shader/x-fragment">

  void main(void) {

    gl_FragColor = vec4(1.0, 1.0, 1.0, 1.0);

  }

</script>
 

정점 쉐이더(Vertex Shader)

정점 쉐이더는 각 정점의 위치과 모양을 정의합니다.

<script id="shader-vs" type="x-shader/x-vertex">
  attribute vec3 aVertexPosition;

  uniform mat4 uMVMatrix;
  uniform mat4 uPMatrix;
  
  void main(void) {
    gl_Position = uPMatrix * uMVMatrix * vec4(aVertexPosition, 1.0);
  }
</script>

 

객체 생성

사각형 렌더링을 하기 전에 사각형의 각 정점들을 저장할 버퍼를 만들어야 합니다. 이를 initBuffers()라는 함수를 이용해 해보도록 하겠습니다. 앞으로 고급 WebGL 개념을 살펴보면서, 더욱 다양하고 복잡한 3D 오브젝트를 생성하고자 할 때 이 루틴을 많이 사용하게 될 것입니다.

var horizAspect = 480.0/640.0;

function initBuffers() {
  squareVerticesBuffer = gl.createBuffer();
  gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, squareVerticesBuffer);
  
  var vertices = [
    1.0,  1.0,  0.0,
    -1.0, 1.0,  0.0,
    1.0,  -1.0, 0.0,
    -1.0, -1.0, 0.0
  ];
  
  gl.bufferData(gl.ARRAY_BUFFER, new Float32Array(vertices), gl.STATIC_DRAW);
}

이 예제에서는 장면(scene)의 기본적인 속성만을 보여주기 위해, 루틴이 다소 지나치게 단순화되어있습니다. 정점들을 저장할 버퍼를 얻기 위해 gl 객체의 createBuffer() 메서드를 호출하는 것으로 시작합니다. 그 다음 bindBuffer() 메서드를 불러와 컨텍스트에 연결합니다.

이 과정이 끝난 뒤 사각형의 각 정점 좌표를 담고있는 자바스크립트 배열을 생성합니다. 그런 다음 배열을 WebGL floats 배열로 변환한 뒤 gl객체의 bufferData() 메서드로 전달해 객체의 정점을 설정합니다.

장면(Scene) 그리기

쉐이더가 설정되고 객체가 생성되면 실제로 장면을 렌더링 할 수 있습니다. 이 예제에서 어떠한 애니메이팅도 안 할 것이기 떄문에 drawScene()함수는 매우 간단합니다. 이는 우리가 곧 다룰 몇 가지 유용한 루틴만 사용합니다.

function drawScene() {
  gl.clear(gl.COLOR_BUFFER_BIT | gl.DEPTH_BUFFER_BIT);
  
  perspectiveMatrix = makePerspective(45, 640.0/480.0, 0.1, 100.0);
  
  loadIdentity();
  mvTranslate([-0.0, 0.0, -6.0]);
  
  gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, squareVerticesBuffer);
  gl.vertexAttribPointer(vertexPositionAttribute, 3, gl.FLOAT, false, 0, 0);
  setMatrixUniforms();
  gl.drawArrays(gl.TRIANGLE_STRIP, 0, 4);
}

첫번째 과정은 배경색에 컨텍스트를 clear하는 것입니다. 그 다음 카메라의 원근을 설정합니다. 시점을 45°로, 종횡비를 640/480(캔버스의 크기)로 설정합니다. 또한 카메라로부터  0.1에서 100단위 사이에 있는 오브젝트만 렌더링하도록 정합니다.

그런 다음 identity(항등) position을 불러오고 카메라에서 6단위 만큼 translate(변환)하여 사각형의 위치를 정합니다 . 그 다음 사각형 정점 버퍼를 컨텍스트에 연결해 구성한 뒤 drawArrays() 메서드를 불러와 객체를 그립니다. 

브라우저가 웹GL을 지원한다면 다음 링크에서 확인 할 수 있습니다.  try out this demo by clicking here

행렬 유틸리티를 이용한 연산

행렬 연산은 꽤 복잡합니다. 행렬을 다루기 위한 코드를 직접 작성하고 싶은 사람은 아무도 없을 것입니다. 다행히도 벡터와 행렬 연산을 자바스크립트에서 다루는 데 아주 편리한 라이브러리인 Sylvester가 있습니다.

이 데모에서 사용한glUtils.js 파일은 웹에 떠돌아 다니는 많은 WebGL 데모에서 사용하고 있습니다. 이 파일이 어디서 나온 것인지 명확히 아는 사람은 아무도 없는것 같습니다만, HTML 로 출력하기 위한 메소드 뿐만 아니라 특별한 형태의 행렬을 만들기 위한 메소드를 추가되어 있어   Sylvester를 보다 정말 단순화 시켜놓았습니다.

게다가 이 데모는 특정 작업을 위한 라이브러리를 이용할 때 도움될만한 몇가지 루틴을 정의하고 있습니다.  정확히 이것들이 어떤 일을 하는 것인지는 이 데모에서 다룰 범위는 아닙니다. 하지만 온라인에서 참고할만 한 좋은 레퍼런스가 많이 있습니다. 아래 See also 섹션에 그 중 몇 개를 소개하고 있습니다.

function loadIdentity() {
  mvMatrix = Matrix.I(4);
}

function multMatrix(m) {
  mvMatrix = mvMatrix.x(m);
}

function mvTranslate(v) {
  multMatrix(Matrix.Translation($V([v[0], v[1], v[2]])).ensure4x4());
}

function setMatrixUniforms() {
  var pUniform = gl.getUniformLocation(shaderProgram, "uPMatrix");
  gl.uniformMatrix4fv(pUniform, false, new Float32Array(perspectiveMatrix.flatten()));

  var mvUniform = gl.getUniformLocation(shaderProgram, "uMVMatrix");
  gl.uniformMatrix4fv(mvUniform, false, new Float32Array(mvMatrix.flatten()));
}

See also

문서 태그 및 공헌자

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