테셀레이션(tessellation, 조각화)은 고차 프리미티브(OpenGL에서는 patch로 알려져 있다)를 더 작고, 단순한 여러 개의 렌더링 가능한 프리미티브(예를 들면 삼각형)로 분할하는 작업이다.
이론적으로 테셀레이션 단계는 버텍스 쉐이딩 스테이지 바로 다음에 위치하며, tessellation control shader, tessellation engine, tessellation evaluation shader 세 부분으로 구성된다.
tessellation control shader
컨트롤 쉐이더 혹은 TCS라고도 부른다. 이 쉐이더는 버텍스 쉐이더로부터 입력을 받아 주로 2가지 일을 수행한다.
- tessellation engine에 보낼 tessellation level을 결정하는 일
- tessellation이 수행된 다음에 실행되는 tessellation evaluation shader에 보낼 데이터를 생성하는 일
쉐이더 작성은 아래와 같이 할 수 있다.
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tess_shader_source = """
#version 430 core
layout(vertices=3) out;
void main()
{
if(gl_InvocationID == 0)
{
gl_TessLevelInner[0] = 5.0;
gl_TessLevelOuter[0] = 5.0;
gl_TessLevelOuter[1] = 5.0;
gl_TessLevelOuter[2] = 5.0;
}
gl_out[gl_InvocationID].gl_Position = gl_in[gl_InvocationID].gl_Position;
}
"""
tess_shader = shaders.compileShader(tess_shader_source, GL_TESS_CONTROL_SHADER)
shader = shaders.compileProgram(..., tess_shader, ...)
layout(vertices=N) out;은 패치당 N개의 제어점을 사용한다는 것이다. 기본적으로 패치당 제어점 개수는 3이다. TCS를 작성하지 않는다면 코드에서 glPatchParameteri(GL_PATCH_VERTICES, N)로 대체 가능하다.
또한, gl_TessLevelInner로 내부 테셀레이션 레벨 설정을, gl_TessLevelOuter로 외부 테셀레이션 레벨 설정을 할 수 있다. 이 부분도 TCS를 작성하지 않는다면 코드에서 glPatchParameterfv(GL_PATCH_DEFAULT_INNER_LEVEL, ...)과 glPatchParameterfv(GL_PATCH_DEFAULT_OUTER_LEVEL, ...)로 대체 가능하다.
tessellation engine
테셀레이션 엔진은 OpenGL 파이프라인의 고정 함수로서, 패치로 표현되는 고차 서피스를 점, 선, 삼각형 같은 작은 프리미티브로 분할하는 역할을 수행한다. 프리미티브들이 생성되면, 해당 버텍스들은 tessellation evaluation shader로 전달된다.
tessellation evaluation shader
TES라고도 불린다. 테셀레이션 레벨이 높으면 TES가 매우 많이 수행되기 때문에, 복잡한 TES와 높은 테셀레이션 레벨을 사용한다면 성능에 주의해야 한다.
쉐이더 작성은 아래와 같이 할 수 있다.
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tess_evaluation_shader_source = """
#version 430 core
layout(triangles) in;
void main()
{
gl_Position = (gl_TessCoord.x * gl_in[0].gl_Position) +
(gl_TessCoord.y * gl_in[1].gl_Position) +
(gl_TessCoord.z * gl_in[2].gl_Position);
}
"""
tess_evaluation_shader = shaders.compileShader(tess_evaluation_shader_source, GL_TESS_EVALUATION_SHADER)
shader = shaders.compileProgram(..., tess_evaluation_shader, ...)
쉐이더 시작 부분에 보면 레이아웃 지시어로 테셀레이션 모드를 설정하는 것을 확인할 수 있다. 여기서는 삼각형을 사용하는 모드를 선택했다. 나머지 부분에서는 버텍스 쉐이더처럼 gl_Position에 값을 할당한다. gl_TessCoord 또한 내장 변수로 테셀레이터가 생성한 버텍스의 무게중심 좌표다.
테셀레이션의 결과를 보려면 OpenGL이 결과 삼각형의 가장자리만 그리도록 할 필요가 있다. glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_LINE)을 호출하면 된다.
아래 예시는 tessellation outer level을 4,1,6으로 설정하고 inner level을 5로 설정했을 때 결과다.
전체 코드는 [깃허브] 를 확인하면 된다.
Reference
• OpenGL Super Bible 개정 6판