[Graphics] Shader(셰이더)란?

0. Shader란?

컴퓨터 그래픽스 분야에서 Shader는 주로 GPU에서 렌더링 효과를 계산하는 데 사용되는 프로그램을 말한다.

우리의 모니터에 어떤 3D 모델을 띄운다고 하자. 이 3D 모델은 여러개의 삼각형으로 구성되어 있다. 이 모델을 렌더링하기 위해 각 삼각형의 꼭짓점(vertex)들을 원하는 위치로 이동, 회전한 후 그 위치에서의 빛의 세기, 각도 등을 계산한다. 이런 과정등을 통해 화면에서 각 픽셀의 색을 결정한 후 우리 화면에 렌더링한다. 이러한 그래픽스 파이프라인에서 각각의 계산을 수행하는 프로그램들을 Shader라고 한다.

아래는 Direct3D의 그래픽 파이프라인이다. Shader를 거치며 최종적인 픽셀의 색을 결정하는 과정을 확인할 수 있다. 가장 일반적으로 사용되는 Shader는 Vertex Shader와 Pixel Shader다.

이미지 출처

1. Vertex Shader

위에서는 vertex를 삼각형의 꼭짓점으로만 설명했지만, 실제로는 위치를 나타내는 x, y, z값 뿐만 아니라 색상(r, g, b), 텍스쳐, 조명 정보 등이 될 수도 있다.

Vertex Shader는 3D 모델의 각 vertex를 처리한다. 모델의 정점 데이터를 입력받아 이동, 변환, 꼭짓점 별 조명 등의 작업을 수행한 후 출력한다. 단, 기존의 정점을 지우거나 새로운 정점을 추가하는 등의 작업은 할 수 없다.

2. Pixel Shader

Pixel Shader는 렌더링 될 각 픽셀들의 색을 계산한다. 텍스쳐로부터 색을 읽어오거나, 빛을 적용하는 것, bump mapping, 그림자, 반사광, 투명처리 등의 기능을 수행한다.

이 Shader는 각각의 픽셀들이 렌더링될 때마다 수행되기 때문에, 다른 픽셀들과 아무런 연관이 없다. 따라서 주변의 픽셀이나 그리는 도형에 대한 정보를 알 수 없기 때문에 스스로 매우 복잡한 효과를 만들어 낼 수는 없다.

Z-Buffer(z축 깊이 정보를 담은 버퍼)를 사용하기도 한다.