-Khronos Vulkan Tutorial

소개

다음 몇 챕터에서 우리는 정점셰이더의 하드코딩된 정점 데이터를 메모리의 정점 버퍼로 교체할 것입니다. CPU 가시적 버퍼를 생성하고 memcpy를 사용하여 정점 데이터를 직접적으로 복사하는 쉬운 접근부터 시작하여, 정점 데이터를 고성능 메모리에 복사하기 위해 스테이징 버퍼를 사용하는 방법을 볼 것입니다.

정점 셰이더

먼저 정점 셰이더가 더 이상 셰이더 코드 자체에 정점 데이터를 포함하지 않도록 합니다. 정점 셰이더는 in 키워드를 사용하여 정점 버퍼로부터 입력을 받습니다.

#version 450

layout(location = 0) in vec2 inPosition;
layout(location = 1) in vec3 inColor;

layout(location = 0) out vec3 fragColor;

void main() {
    gl_Position = vec4(inPosition, 0.0, 1.0);
    fragColor = inColor;
}

inPosition과 inColor 변수는 정점 속성입니다. 이것들은 두 개의 배열을 사용하여 수동으로 위치와 색상을 지정한 것처럼 정점 버퍼에서 정점마다 지정되는 속성입니다. 정점 셰이더를 다시 컴파일하세요!

fagColor와 마찬가지로 layout(location = x)는 나중에 참조하는데 사용할 수 있도록 입력에 인덱스를 할당합니다. dvec3 64bit vector같은 몇가지 타입은 다중 슬롯을 사용한다는 것을 아는 것이 중요합니다. 이는 그 뒤의 인덱스가 최소 2 높아야 한다는 것을 의미합니다:

layout(location = 0) in dvec3 inPosition;
layout(location = 2) in vec3 inColor;

OpenGL wiki에서 레이아웃 한정자에 대한 더 많은 정보를 찾아볼 수 있습니다.

정점 데이터

정점 데이터를 셰이더 코드에서 프로그램 코드의 배열로 이동합니다. GLM 라이브러리를 포함하는 것으로 시작합니다. 이 라이브러리는 벡터와 행렬같은 선형 대수 관련 타입을 제공합니다. 이러한 타입들을 사용하여 위치와 색상 벡터를 지정하겠습니다.

#include <glm/glm.hpp>

정점 셰이더 내부에서 사용할 두 개의 속성이 있는 Vertex 구조체를 만듭니다.

struct Vertex {
    glm::vec2 pos;
    glm::vec3 color;
};

GLM은 셰이더 언어에서 사용되는 벡터 타입과 정확히 일치하는 C++ 타입을 편하게 제공합니다.

const std::vector<Vertex> vertices = {
    {{0.0f, -0.5f}, {1.0f, 0.0f, 0.0f}},
    {{0.5f, 0.5f}, {0.0f, 1.0f, 0.0f}},
    {{-0.5f, 0.5f}, {0.0f, 0.0f, 1.0f}}
};

이제 Vertex 구조체를 사용하여 정점 데이터 배열을 지정합니다. 이전과 동일한 위치와 색상 값을 사용하고 있지만, 이제는 정점 배열로 결합됩니다. 이를 정점 속성을 interleaving 한다고 합니다.

바인딩 설명

다음 단계는 Vulkan에게 GPU 메모리에 업로드된 후 이 정점 데이터 포맷을 정점 셰이더에 전달하는 방법을 알리는 것입니다.

첫번째 구조는 VkVertexInputBindingDescription입니다. 올바른 데이터로 채우기 위해 Vertex 구조체에 멤버 함수를 추가할 것입니다.

struct Vertex {
    glm::vec2 pos;
    glm::vec3 color;

    static VkVertexInputBindingDescription getBindingDescription() {
        VkVertexInputBindingDescription bindingDescription{};

        return bindingDescription;
    }
};

정점 바인딩은 정점 전체에 걸쳐 메모리에서 데이터를 로드하는 속도를 설명합니다. 데이터 항목 사이의 바이트 수와 각 정점 또는 각 인스턴스 이후에 다음 데이터 항목으로 이동할지 여부를 지정합니다.

VkVertexInputBindingDescription bindingDescription{};
bindingDescription.binding = 0;
bindingDescription.stride = sizeof(Vertex);
bindingDescription.inputRate = VK_VERTEX_INPUT_RATE_VERTEX;

모든 정점별 데이터는 하나의 배열에 함께 포장되므로, 하나의 바인딩만 갖게 됩니다. binding 매개변수는 바인딩 배열의 바인딩 인덱스를 지정합니다. stride 매개변수는 한 항목에서 다음 항목까지의 바이트 수를 지정하며, inputRate 매개변수는 다음 값 중 하나를 가질 수 있습니다:

• VK_VERTEX_INPUT_RATE_VERTEX: 각 정점 뒤의 다음 데이터 항목으로 이동
• VK_VERTEX_INPUT_RATE_INSTANCE: 각 인스턴스 이후 다음 데이터 항목으로 이동

인스턴스 렌더링을 사용하지 않을 것이므로 정점별 데이터를 사용하겠습니다.

속성 설명

정점 입력을 처리하는 방법을 설명하는 두번째 구조는 VKVertexInputAttributeDescription입니다. 이 구조체를 채우기 위해 Vertex에 또 다른 헬퍼 함수를 추가할 것입니다.

#include <array>

...

static std::array<VkVertexInputAttributeDescription, 2> getAttributeDescriptions() {
    std::array<VkVertexInputAttributeDescription, 2> attributeDescriptions{};

    return attributeDescriptions;
}

함수 프로토타입에서 알 수 있듯, 이러한 구조는 두가지가 될 것입니다. 속성 설명 구조체는 바인딩 설명에서 비롯된 정점 데이터 청크에서 정점 속성을 추출하는 방법을 설명합니다. 우리는 위치와 색상 두가지 속성이 있으므로, 두개의 속성 설명 구조체가 필요합니다.

attributeDescriptions[0].binding = 0;
attributeDescriptions[0].location = 0;
attributeDescriptions[0].format = VK_FORMAT_R32G32_SFLOAT;
attributeDescriptions[0].offset = offsetof(Vertex, pos);

binding 매개변수는 Vulkan에게 정점별 데이터와 바인딩을 알려줍니다. location 매개변수는 정점 셰이더에서 입력한 location 지시문을 참조합니다. 정점 셰이더에서 location 0으로 된 입력은 32-bit float으로 된 position입니다.

format 매개변수는 속성에 대한 데이터 유형을 설명합니다. 약간 혼란스럽게도, 형식은 색상 형식과 동일한 열거형을 사용하여 지정됩니다. 일반적으로 다음 셰이더 유형 및 형식이 사용됩니다:

• float: VK_FORMAT_R32_SFLOAT
• vec2: VK_FORMAT_R32G32_SFLOAT
• vec3: VK_FORMAT_R32G32B32_SFLOAT
• vec4: VK_FORMAT_R32G32B32A32_SFLOAT

보시다시피 색상 채널의 양과 셰이더 데이터 유형의 구성 요소 수가 일치하는 형식을 사용해야 합니다. 셰이더의 구성 요소 수보다 더 많은 채널을 사용할 수 있지만 자동으로 삭제됩니다. 채널 수가 구성 요소 수보다 적으면 BGA 구성 요소는 기본값 (0, 0, 1)을 사용해야 합니다. 이 색상 타입 (SFLOAT, UINT, SINT)와 비트 너비도 셰이더 입력 유형과 일치해야 합니다. 다음 예를 참고하세요:

• ivec2: VK_FORMAT_R32G32_SINT, 32비트 부호있는 정수의 2성분 벡터
• uvec4: VK_FORMAT_R32G32B32A32_UINT, 32비트 부호없는 정수의 4성분 벡터
• double: VK_FORMAT_R64_SFLOAT, 64비트 부동 소수점

format 매개변수는 속성 데이터의 바이트 크기를 암시적으로 정의하고 offset 매개변수는 읽을 정점별 데이터의 시작 이후 바이트 수를 지정합니다. 바인딩은 하나의 Vertex를 로드하고 위치 속성(pos)는 이 구조체 시작 부분에 0 바이트 오프셋에 있습니다. 이것은 offsetof 매크로를 사용하여 자동적으로 계산됩니다.

attributeDescriptions[1].binding = 0;
attributeDescriptions[1].location = 1;
attributeDescriptions[1].format = VK_FORMAT_R32G32B32_SFLOAT;
attributeDescriptions[1].offset = offsetof(Vertex, color);

color 속성은 거의 같은 방식으로 설명됩니다.

파이프라인 정점 입력

이제 createGraphicsPipeline의 구조를 참조하여 이 형식의 정점 데이터를 받아들이도록 그래픽 파이프라인을 설정해야 합니다. vertexInputInfo 구조체를 찾고 두 설명을 참조하도록 수정합니다.

auto bindingDescription = Vertex::getBindingDescription();
auto attributeDescriptions = Vertex::getAttributeDescriptions();

vertexInputInfo.vertexBindingDescriptionCount = 1;
vertexInputInfo.vertexAttributeDescriptionCount = static_cast<uint32_t>(attributeDescriptions.size());
vertexInputInfo.pVertexBindingDescriptions = &bindingDescription;
vertexInputInfo.pVertexAttributeDescriptions = attributeDescriptions.data();

파이프라인은 이제 vertices 컨테이너의 형식을 받아 정점 셰이더에 넘길 준비가 되었습니다. 유효성 검사 레이어가 활성화된 상태에서 프로그램을 실행하면 바인딩된 정점 버퍼가 없다고 하는 것을 볼 수 있습니다. 다음 단계는 정점 버퍼를 만들고 정점 데이터를 GPU가 접근할 수 있도록 정점 버퍼로 이동하는 것입니다.

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