Shader Pipeline 1 Vertex Shader

이번 글에서 언급할 쉐이더는 Vertex Shader 다. 한글로는 정점 쉐이더 라고 보통 말한다. Vertex Shader 에서 할 수 있는 것은, 정점별로 들어온 정보들을 코딩을 해서 프로그래머가 원하는대로 바꾸어 다음 쉐이더에서 처리할 수 있도록 해주는 Shader 다.

Unity 에서의 CG/HLSL 일반적인 Vertex Shader 코드는 아래와 같다.

#pragma vertex vert
#include "UnityCG.cginc"

struct appdata_tan
{
    float4 vertex : POSITION;
    float4 tangent : TANGENT;
    float3 normal : NORMAL;
    float4 texcoord : TEXCOORD0;
};

struct v2f
{
    float4 vertex : SV_POSITION;
    float4 tangent : TANGENT;
    float3 normal : NORMAL;
    float4 texcoord : TEXCOORD0;
}

v2f vert(appdata_tan i)
{
    v2f o;

    o.vertex = mul(UNITY_MATRIX_MVP, i.vertex);
    o.tangent = i.tangent;
    o.normal = i.normal;
    o.texcoord = i.texcoord;

    return o;
}

/*
  기타 코드들..
*/

위 코드에서 vert 함수에서 반환하는 값을 Varying 이라고 보통 말한다. 이는 바뀔수도 있는 값이라는 의미이며, GLSL 에서 사용하는 syntax 명명이나, HLSL 에서는 따로 이름이 없어 보통 shader 함수에서 넘어가는 데이터들을 Varying 이라고 통칭한다. 참고로 vert 의 입력 파라미터로 들어오는 것은 Input Assembly 단계에서 처리해준 값으로 이는 Varying 이라고 잘 부르지 않는다.

굉장히 단순한 Vertex Shader 코드다. 코드가 단순한 만큼 이 Shader 는 최소한의 역할만 하고 있다. model-space 에 있는 정점을 clipping-space 의 정점으로 변환 시켜 다음으로(fragment shader) 넘긴다. 위에서 위치 데이터를 바꿀 수 있다고 언급했는데, 이 변환은 정상적인 메커니즘을 통해 오브젝트를 출력하려면 Rasterizer Stage 로 넘어가기전에 반드시 정점값에 적용시켜주어야 하는 변환이다. 해당 변환에 대해서는 Model, View, Projection에 설명해 놓았으니 간단하게 참고하길 바란다.

위 코드에서 보여준 것들은 최소한의 것들이다. 코드를 짜는 것은 프로그래머의 역량이기 때문에 더 창의적인 것들을 할 수 있다. 쉬운 것들 중에서는 표면에서 웨이브를 주어 표면이 일렁이는 것처럼 보이게 할 수 있다. 이는 시간을 키값으로 두어 삼각함수를 이용해 할 수 있겠다.

float time;

struct appdata
{
    float4 vertex : POSITION;
};

struct v2f
{
    float4 vertex : SV_POSITION;
}

v2f vert(appdata i)
{
    v2f o;

    i.vertex = i.vertex + i.normal * sin(time + i.vertex.x + i.vertex.z);
    o.vertex = mul(UNITY_MATRIX_MVP, i.vertex);

    return o;
}

메쉬는 여러개의 정사각형 모양으로 잘라진 평평한 판의 형태의 메쉬를 준비하고, 간단하게 x 좌표와 z 좌표를 기준으로 오브젝트가 일렁이는 것을 만들어 보았다. 이렇게 Vertex Shader 를 응용해서 정점 데이터를 프로그래머가 원하는데로 움직일 수 있다. 정점 쉐이더는 사용하기에 크게 어려운점은 없기에 Shader 를 처음 다룰 때 가지고 놀만하다. 또한 Vertex Shader 가 가장 응용되기 쉬운 것은 바로 skinning 이다. skinning 자체가 정점 데이터들을 움직이고 움직임을 기반으로 바꾸는 것이기 때문에 Vertex Shader 의 형태가 skinning 을 적용하기 가장 알맞다.