OpenGL로 배우는 3차원 컴퓨터 그래픽스::5장&연습문제

● 5장 연습문제

1. 전기 패널에 의한 터치 스크린에서는 화면 표면의 막을 세게 누르지 않아도 위치가 감지된다. (True / False)

→ 광학 패널은 빛을 손가락이 가리면 누른 걸로 감지를 하지만 전기 패널은 막이 눌리고 닿는 것에 의해서 위치를 감지하기 때문에 화면의 막을 세게 눌러야 한다. 

2. 입력 장치의 선택에 관한 한 리퀘스트 모드에서는 사용자가 주도권을 쥔다. (True / False)

→이벤트 모드에서 사용자가 입력 장치 선택에 주도권을 쥘 수 있다.

3. 지엘에서 콜백 함수를 등록하는 명령어는 서로 순서가 바뀌어도 된다. (True / False)

→ 해당 이벤트가 발생시, 해당 이벤트 콜백함수에 등록된 것이 실행되는 것임으로 순서가 바뀌어도 상관 없다. 

4. 지엘 프로그램에서는 콜백 함수 사이에 파라미터 값을 지역 변수로 공유할 수 있다. (True / False)

→ 지역변수가 아니라 전역 변수의 형태로 공유한다.

5. 윈도우 운영체제의 화면 좌표계와 GLUT 화면 좌표계는 완전히 일치한다 .(True / False)

→윈도우와 GLUT는 좌상단 원점, GL은 좌하단 원점

6. 하나의 뷰 포트는 여러 개의 윈도우로 나눌 수 있다. (True / False)

→ 반대로, 하나의 윈도우를 여러개의 뷰포트로 나눌 수 있는 것 같다. 

7. 왜곡이 일어나는 이유는 화면의 종횡비가 유지되지 않기 때문이다. (True / False)

8. 윈도우 내부 배경화면을 흑색으로 채우는 함수는 glClearColor(0.0, 0.0, 0.0, 1.0)이다. (True / False)

→glClearColor은 현재 프레임을 채울 색상을 설정하는 함수로 R,G,B,A 값을 인자로 받는다. glClear 호출 전에 glClearCOlor 를 호출해 배경색상을 바꿔야한다.

9. glViewport 함수에 의해 뷰 포트를 별도로 설정하지 않으면, 뷰 포트는 항상 자동적으로 현재 윈도우와 일치한다. (True / False)

 

10. glutDisplayFunc( )은 장면을 디스플레이하는 함수로, 프로그램 수행 중 언제라도 프로그래머가 직접 호출 할 수 있다. (True / False)

→ 이 함수는 콜백함수를 등록하는 함수이고. 디스플레이 콜백이 호출되는 경우에만 호출한다.

 

11. 보류 모드에서는 물체를 화면에 그림과 동시에 물체 생성과 관련된 모든 정보를 파기해 버린다.  (True / False)

→ 직접 모드와 보류 모드 중 위의 설명에 해당하는 것은 직접모드.

 

12. 디스플레이 리스트에 명령어는 들어갈 수 없다. (True / False)

13. 오른손 법칙을 사용하여 순서대로 정점을 나열할 때 시점은 엄지손가락 방향에 존재한다. (True / False)

14. 스페이스 볼은 자유도가 ( 6 )인 장치이다. 

15. 빛의 세기를 전기 신호로 바꾸기 위한 카메라 소자를  ( CCD )이라 한다.

16. 메뉴를 선택하기 위한 논리적 입력 장치를 ( 메뉴선택입력기_choice )이라한다.

17. 물체를 선택하기 위한 논리적 입력 장치를 ( 물체선택입력기_pick )이라한다.

18. 입력 장치가 응용 프로그램에서 넘겨주는 값을 ( 메저_measure )이라 한다.

19. 현재 들어와 있는 메저를 그대로 가져가는 입력 모드는 ( 샘플 모드 )이다.

20. 지엘 프로그램에서 이벤트 루프로 진입하라는 명령어는  ( glutMainLoop( ) )이다. 

21. 지엘 프로그램의 이벤트 처리는  ( GLUT )유틸리티에 의해 이루어진다.

22. 윈도우 위치를 옮기거나 윈도우 크기를 조절할 때 자동으로 호출되는 콜백 함수는 ( glutReshapeFunc() )콜백이다.

23. 화면에 보이고자 하는 물체의 범위를 지정한 부피를 ( 가시 부피 )라고 한다.

24. 사각형을 그릴 때 좌상단에 마우스 클릭하고 이어 마우스를 우하단으로 끌어내리는 도중에 사각형의 크기가 지속적으로 변한다. 이를  ( 러버 밴딩 )이라 한다.

25. 이벤트 큐에 아무런 이벤트가 없을 때 자동으로 수행하는 콜백 함수는 (아이들 _ Idle )콜백이다. 

26. 프레임 버퍼는 읽기와 쓰기가 동시에 양쪽에서 진행되는  ( 이중 )포트 메모리다.

27. 더블 버퍼링을 사용할 때 현재 쓰기가 진행되는 버퍼는 ( 백 )버퍼다.

28. 정점의 구체적 좌표 대신 정점 아이디만을 나열한 목록을  ( 정점 리스트 또는 정점 배열 )이라 한다.

29. 해상도 1024*768을 기준으로 할 때 지엘의 화면 좌표 (200,400)은 GLUT 화면 좌표 ( 200, 368 367  )이다.

30. 이 장에 제시된 코드 중 하나를 선택하되, 코드 일부를 변경하여 새로운 프로그램을 작성하고 발표해보라.

31. 다음 3개의 명령어가 가해질 경우 화면에 그려지는 윈도우의 정확한 위치, 크기, 모습을 그려보라.

glutInitWindowPosition(80,30);

glutWindowSize(200,100);

glutCreateWindow("My Window");

→ 

 

● 5장 내용정리

 

01) 그래픽 입력 장치

- 물리적 입력 장치

  : 상대입력과 절대입력에 의해 구분. 상대입력장치에서는 입력 위치의 변화량 입력, 이전 위치에 변화량을 더하여 절대 위치를 계산하는 것은 운영체제의 몫. 절대입력장치에는 절대적인 입력 위치가 그대로 입력.

 

(디지타이징: 컴퓨터가 그림을 처리할 수 있도록 디지털 정보로 바꾼다는 의미)

(펜모양의 입력 장치 = 스타일러스 : 펜을 움직이는 동안 모든 좌표가 입력. ↔ 태블릿은 버튼 클릭 시 순간의 점 좌표만 입력)

(태블릿에서 투명막의 어디에 닿느냐에 입력 좌표의 형태로 프로그램에 전달하는데, 여기엔 두 가지 방식이 있다. 광학 패널은 막을 누르지 않아도 위치가 감지된다. 손가락이 누르면 빛이 전달되지 않아서 위치를 감지한다. 전기패널은 외부 막을 누르면 누른 곳만 내피와 닿고 여기서 전류가 발생한다. )

 

- 논리적 입력 장치

 : 입력 데이터를 받아들이는 데는 키보드나 마우스 등의 물리적 장치를 사용한다. 그러나 그래픽 소프트웨어를 작성할 때는 물리적 장치와 논리적 장치를 구분할 필요가 있다.

소스 코드 내에서 물리적인 입력 장치의 종류를 구체적으로 지정하는 대신에, 입력 기능에 바탕을 둔 논리적 입력 장치를 지정하도록 한다.

• 좌표입력기(Locator)

• 연속좌표입력기(Stroke)

• 문자열입력기(String)

• 스칼라입력기(Valuator)

• 메뉴선택입력기(Choice)

• 물체선택입력기(Pick)

- 물체 선택

 : 1) 클릭한 곳에서 가까운 물체 선택                 2) 클릭 위치를 중심으로 픽 윈도우 보여줌

   3) 클릭된 부분에 중첩된 모든 물체를 순차적으로 보여주며 사용자 선택                4) 선택 물체명 키보드 입력

 

02) 입력 모드

 : 입력장치와 응용 프로그램 사이에 어떤 바업으로 상호 작용이 일어나는지에 따라 입력 모드를 나눈다. 

• 메저 : 입력장치가 응용 프로그램에 넘겨주는 값
• 트리거: 메저를 가져가라는 신호
• 메저프로세스 : 메적를 인식하여 저장하는 과정 , 일반적으로 장치를 초기화 할 때 실행되기 시작한다.

→ 메저 프로세스와 트리거의 관계를 기준으로 3가지 입력모드 구분한다.

 

1. 리퀘스트 모드

: 프로그램이 실행 중에 메저를 요구하는 방식

2. 샘플 모드

: = 직접 모드, 

3. 이벤트 모드

: 위 두 모드는 프로그램이 지정한 물리적 장치 외의 입력 장치의 입력이 무시된다. 

이벤트 모드는 사용자가 선택한 입력 장치가 우선권을 쥔다. 아무때나 임의로 선택한 입력 장치를 사용하여 입력 데이터를 프로그램에 전달할 수 있고, 프로그램은 이러한 요구에 맞추어 해당 작업을 수행.

입력장치가 트리거 되는 순간 하나의 이벤트가 발생한 것으로 본다. 이벤트 큐를 사용한다.

이벤트 모드를 사용하는 시스템을 이벤트 구동 시스템이라고 한다.

콜백함수는 응용 프로그램이 이벤트를 처리하는 방법을 말한다.

이벤트 타입별로 프로그램이 수행해야 할 내용을 함수로 나타낸 것이다.

처음 입력 장치 초기화 이후, 모든 이벤트는 루프 문(loop structure)에 의해 처리된다. 새로운 이벤트가 큐에 들어왔는지를 주기적으로 검사한다.

 

03) 지엘 프로그램의 예

: 지엘 프로그램은 윈도우 기능 및 입출력 제어에 있어서 GLUT 라이브러리를 이욯한다.

아래 사진처럼 GLUT는 지엘 프로그램과 드라이버 사이에서 인터페이스 역할을 한다.

GLUT는 프로그래머가 등록한 함수를 콜백 테이블 형태로 저장한다.

 

• 디스플레이 이벤트 - 렌더링을 위한 이벤트 - 지엘의 모든 렌더링 명령은 대부분 디스플레이 콜백 함수 내부에 정의된다.
• 마우스 이벤트 - 마우스 버튼을 눌렀거나 떼었을 때 트리거 된다.
• 리셰이프 이벤트 - 사용자가 윈도우 크기를 바꿀 때, 키보드 이벤트 키가 눌러졌을 때, 아이들 이벤트는 큐에 아무런 명령어 없을 때 각각 호출

콜백 함수를 실행하는 것은 GLUT 이고, GLUT는 어떤 순간에 단 하나의 콜백 함수만을 실행한다.

 

04) 윈도우와 뷰 포트

지엘 프로그램으로 부터 화면에 그려지기까지 쭉쭉쭉 좌표 변환을 거치게 된다. 그중, 정규 좌표계와 화면 좌표계가 최종적으로 그림을 화면에 그리는 단계에 관여한다. 

● 화면 좌표계(SCS) = 장치 좌표계(DCS) = 윈도우 좌표계 : 화소 단위로 좌표를 표시 _ 좌상단원점 좌표계

정규 좌표를 사용하면 해상도에 따른 좌표 계산이 단순화 된다. 

- 뷰포트 : 윈도우 내부에 설정한 작은 창.

glutInit() 함수는 glut 라이브러리를 초기화 하고, 윈도우 운영체제와 연결하여 하나의 세션을 형성. glut의 화면 좌표계는 윈도우의 화면 좌표계를 따른다.(좌상단 원점)

glClear() 함수는 문자 그대로 프레임 버퍼를 최기화 하라는 의미. 

glut는 좌상단이 원점이지만 gl은 좌하단이 원점이다.

 

05) 콜백 프로그래밍

- Reshpae 콜백

glut는 다음 3 가지의 경우에 리셰이프 이벤트가 발생한 것으로 취급한다. ( 처음 윈도우 열 때/ 윈도우 위치를 옮길 때/ 윈도우 크기를 조절할 때) 윈도우 크기 조절에 따른 왜곡을 방지하려면 glOrtho() 함수를 이용해야한다. 

glMatrixMode()는 투상 행렬을 변환대상으로 설정하라는 명령이며, glLoadIdentity()는 이 행렬에 일단 항등 행렬을 실으라는 명령어. 이 두 명령이 선행되어야 glOrtho() 함수에서 지정한 값이 해당 행렬에 곱해진다. 

가시부피 = 화면에 보이고자 하는 물체의 범위를 말한다. 

가시 부피를 정의하기 위한 glOrtho() 함수의 프로토타입은 다음과 같다. 

void glOrtho

( GLdouble left, GLdouble right, GLdouble bottom. GLdouble top, GLdouble near, GLdouble far);

투상 방식에서 투상면은 가시 부피의 전방 절단면과 동일. glOrtho()에 의해 가시 부피의 모습을 조절함으로써 왜곡 해소 가능. -> 투상면 자체의 종횡비가 뷰 포트의 종횡비가 일치해서 물체는 전혀 왜곡되지 않는다. 

- Mouse 콜백

void glutMotionFunc(void(*func) (int x, int y));

void glutPassiveMotionFunc(void(*func) (int x, int y));

void glutEntryFunc(void(*func) (int state));

// glutPostRedisplay()함수는 변수 값이 변경 되었으므로 다음 이벤트 루프가 돌 때 반드시 디스플레이 함수를 다시 실행하라는 것.

- Menu 콜백

int glutCreateMenu(void(*func)(int value))

void glutSetMenu(int id)

void glutAddMenuEntry(char *name,int value);

int glutAttachMenu(int button)

void glutaddSubMenu(char *name, int menu);

- Idle 콜백 

이벤트 루프를 돌 때마다 GLUT는 큐에 쌓인 이벤트를 검사함.

glClear()를 기존의 컬러 버퍼 내용을 다 지우라는 의미로, 이게 없다면 새로운 사각형이 이전 사각형이 위에 겹쳐서 기록 되므로 원하는 바가 아니다.  = 러버 밴딩 : 이전의 그림을 지우고, 배경색을 다시 칠하고.

- Timer 콜백

일정 시간 간격이 지나면 발생하는 이벤트가 타이머 이벤트 

 

06) 애니메이션과 더블 버퍼링

프레임 버퍼랑 양쪽으로 연결된 2중 포트 구조다. 그래픽 프로세서가 프레임 버퍼에 물체 영상을 쓰고, 비디오 컨트롤러는 쓰인 내용을 읽어서 화면에 뿌린다. 

이 때 두 개의 속도 차이가 발생한다. 비디오 컨트롤러가 읽는 속도 >> 그래픽 프로세서가 쓰는 속도.

이로 인해 깜빡거림등의 문제가 발생한다.

이를 해결 하기 위해  "더블 버퍼링"은 아래 그림과 같다.

 

더블 버퍼링이란, 2개의 버퍼를 쓴다. 프런트 버퍼와 백버퍼이다. 버퍼들은 각각 영상 하나를 온전히 저장할 수 있는 구조다. 비디오 컨트롤러가 프런트 버퍼의 내용을 읽고 출력하는 동안 그래픽 프로세서가 백버퍼에 내용을 써간다. 그래픽 프로세서가 쓰기를 마치면 비디오 컨트롤러가 백 버퍼로 스위칭 한다. 

그래서 현재 비디오 컨트롤러가 읽고 있는 버퍼를 프런트 버퍼로, 기록중인 버퍼를 백 버퍼로 칭한다.

이렇게 더블 버퍼를 쓰기 위해서 glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE)이라고 초기화해야한다.

그리고 glutSwapBuffers() 함수는 프런트 버퍼와 백 버퍼를 스위칭 하기 위한 것이다. 이 함수 실행시 묵시적으로 glFush() 실행된다. 즉 이전의 프런트 버퍼에 가해질 명령을 모두 실행한 후에 버퍼 스위칭이 일어난다.

 

07) 정점 배열

- 오른손 법칙으로 그린다.

 

08) 디스플레이 리스트

 : 지엘 함수의 실행 모드는 두 가지로 분류된다. 바로 직접 모드와 보류 모드.

직접 모드는 물체를 화면에 그림과 동시에 물체 생성과 관련된 모든 정보를 파기해 버린다. 

보류 모드는 정의된 물체 정보를 그래도 유지하고 재사용한다. 지엘의 보류 모드는 디스플레이 리스트에 의해 이루어진다.

 

디스플레이 리스트는 그래픽 처리 속도와 직결된다. 디스플레이 리스트 내부에는 기본 요소, 상태 변수, 영상은 물론 이동, 회전, 조명 작업과 관련된 모든 명령을 집어 넣을 수 있다. 다시 말해 반복적으로 실행 되어야 할 일련의 지엘 명령어를 디스플레이 리스트 내부에 포함시킴으로서 프로그램 실행 시간은 빨라진다.