Shader Model 4.0 에는 Geometry Shader 가 새로 추가 됐다. 이 geometry shader 를 간단하게 소개하고 샘플 코드를 통해 간단한 사용법을 설명해보려고 한다.

일단 Geometry shader 를 간단한 소개부터 해본다(vertex/fragment(pixel) shader 를 이미 알고 있다는 가정이다).

각 점(vertex)의 정보가 파이프라인에서 흐를 때, vertex shader 에서 거친 점들이 fragment shader(HLSL 의 pixel shader 와 같은 것)로 바로 가기 전에 geometry shader 를 거친다. geometry shader 는 삼각형(혹은 사각형.. 등의 프로그래머가 설정) 단위로 입력을 받고 출력 역시 삼각형(역시 다른 모양도 가능하다. 심지어, 입력과 출력의 모양이 다를 수도 있다[1].)으로 하여 보낸다. 이때 삼각형을 수정 될수도 있고 삭제 될 수도 있고 심지어 추가가 될 수도 있다. 그 후 이 삼각형은 fragment shader 에서 받게 된다.

Geometry shader 를 해보기 위해서는 일단 G8x 시리즈의 그래픽 카드Geforce 8000 대 그래픽 카드)가 필요하다. 테스트를 위해서라면 Emulator 가 있긴 하다. 하지만 굉장히 느리니, 그냥 어떻게 작동하는지 단일 화면만 보고 싶을 때나 사용이 가능할듯 하다. -_-;

그리고 지금까지 최신 버전인 OpenGL 2.1 에서는 아직 geometry shader 를 지원하지 않는다. 따라서, 이것을 사용하기 위해서는 NVIDIA 의 extension 을 사용해야한다(사실 EXT 를 붙여주기만 하면 되는 간단한 문제다).

먼저, 처음 geometry shader 를 해보기 위해 참고한 곳은  CIRL GPU GLSL Geometry Shader Tutorial 이곳이다. 이곳에는 간단한 샘플 코드가 있는데, 몇가지 주의할 점을 같이 소개한다.

설명이 좀 길었는데, 사실 사용법은 매우 간단하다.

기존의 vertex/fragment shader 를 사용하는 것과 크게 다르지 않다. 눈여겨 볼것은..
1. GL_GEOMETRY_SHADER_EXT 처럼 _EXT 가 붙는다.
2. VertexShaderData 는 char* 형으로 실제 쉐이더 데이터가 string 형식으로 들어간다.
3. (매우 중요) glLinkProgram 이 호출 되기 전에 glProgramParameteriEXT 의 세팅이 끝나야 한다.
4. 이 코드에서는 오류 검출/로그 보기 등이 생략되어 있다. 실제 구현할때는 매우 중요하다.

3번에 적었듯이 중요한 점은 Parameter 설정이 Link 전에 이루어져야 한다는 것이다. 그렇지 않으면 geometry shader 가 아에 동작하지 않는다.

실제 Geometry shader code 를 작성하는 것은 의외로 간단하다. 아무것도 안하는 샘플 코드는 다음과 같다.

gl_VerticesIn 은 각 primitive 당 vertex 개수를 의미한다. 삼각형이 입력이 되니 gl_VerticesIn 은 값은 내부적으로 3으로 인식 할 것이다. gl_PositionIn[i]; 은 입력되는 vertex 의 위치를 의미하고, gl_Position 은 출력을 의미한다.

각 vertex 의 출력 설정이 끝나면, EmitVertex(); 를 호출한다. 삼각형의 경우 3개, 사각형의 경우 4개의 EmitVertex 를 마치고 나면 EndPrimitive(); 함수로 해당 primitive 의 설정이 끝났음을 알린다.

Geometry Shader 에서 입력과 출력으로 사용할 수 있는 것들은 다음과 같다[2].

입력!!

출력!!

1. gl_Position 에 출력하는 것은 필수가 아닌 옵션이다. 다라서 gl_Position 에 아무것도 넣지 않으면 출력이 되지 않고, 이 방법으로 기존에 불가능했던, 선택적으로 fragment shader 로 정보를 넘기지 않는 것이 가능하다[3].
2. glTexCoord 를 사용할때는 index 순서를 잘 봐야 한다. 예를 들어 0번의 texure coordinate 에 저장하기 위해서는
glTexCoord[0] = glTexCoordIn[i][0];
형식으로 사용한다.
3. 이 이외에도, int gl_PrimitiveID; 를 사용할 수 있다. 이것은 primitive 가 넘어올때 그 순서에 따라 기록된 번호를 참고하는 것이다. (예를 들어서 삼각형을 처음 100개만 그리고 나머지는 그리지 않겠다. 할 경우 이 값을 통해 제어할 수 있다.)
4. gl_Layer 로 사용하는 Layer 개념이 있는데, 이것은 Frame Buffer Object 와 관련된 기능이라 설명을 생략한다. Frame Buffer Object 는 아직 OpenGL 2.1 표준도 아니다. Frame Buffer Object 는 일반적으로 텍스쳐 등에 바로 그리기 위해서 사용된다. 이것 없이는 하드웨어 버퍼에 그린 후 텍스쳐 메모리로 복사를 하는 과정을 거쳐야한다. 또 하나 주의 할 것은 NVIDIA 의 Frame Buffer Object 와 기존에 사용되는 용어인 framebuffer 는 전혀 다른 것이다. 이 frame buffer object 와 layer 의 사용은 1-pass cubemap 생성을 할 때 사용될 수 있는데, 기회가 되면 나중에 설명해보도록 하겠다(지금 구현은 끝났고, 속도 테스트 준비 중인데, 6-pass 생성보다 그다지 빨라질 것 같진 않다). - 아, 참고로 이 framebuffer object 는 위에 말한 emulator 에서는 작동하지 않는다.

사실상 geometry shader 를 사용하는 것은 그다지 어렵지 않은데, 관련된 이슈를 같이 적다보니까 분량이 많아졌다. 사실상 굉장히 좋은 기능이긴 한데, geometry shader 에서 나가는 primitive 가 많이 질 경우 이 정보들이 GPU 의 느린 global memory 로 들어갔다 나온다는 얘기가 있었다. 이렇게 되면 많이 느려지는 요소가 될듯 하다. 이 점에 대해서는 좀 더 테스트를 해봐야 겠고, 어쨌거나 잘 쓰면 매우 훌륭한 기능임에는 틀림이 없다.

아, 마지막으로... 내가 알기로는 DirectX 9.0 에서는 그래픽 카드와 상관 없이 geometry shader 가 지원하지 않는 것으로 알고 있다. Vista 에서만 지원하는 DirectX 10(혹은 10.1)에서만 geometry shader 를 지원하도록 되어 있는데, OpenGL + GLSL 에서는 운영체제에 상관 없이 그래픽카드만 지원을 하면 geometry shader 를 사용할 수가 있다.

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