colin's 블로그

PyOpenGL을 활용한 실시간 셰이더 프로그래밍 - 파이썬으로 컴퓨터 그래픽 디자인하기

10 Oct 2023

python

컴퓨터 그래픽 디자인은 현대의 시각적 표현의 핵심이며 다양한 분야에서 사용되고 있습니다. 이러한 컴퓨터 그래픽의 핵심 요소는 셰이더(Shader)입니다. 셰이더는 원하는 이미지 효과를 생성하기 위해 그래픽 카드에 의해 실행되는 프로그램입니다. 이번 블로그 포스트에서는 PyOpenGL을 활용하여 실시간으로 셰이더 프로그래밍을 하는 방법을 알아보겠습니다.

1. PyOpenGL과 GLFW 설치하기

셰이더 프로그래밍을 하기 위해선 우선 PyOpenGL과 GLFW를 설치해야 합니다. 이 두 개의 라이브러리를 통해 OpenGL을 사용할 수 있으며, GLFW는 창 관리와 윈도우 입력을 제공합니다. 다음은 설치를 위한 명령어입니다:

pip install PyOpenGL GLFW

2. OpenGL 컨텍스트 생성하기

먼저 PyOpenGL에서 OpenGL 컨텍스트를 생성해야 합니다. 아래의 코드를 통해 OpenGL 컨텍스트를 생성할 수 있습니다:

from OpenGL.GL import *
from OpenGL.GL.shaders import *

import glfw

def main():
    # GLFW 초기화
    if not glfw.init():
        return

    # OpenGL 버전 및 프로필 설정
    glfw.window_hint(glfw.CONTEXT_VERSION_MAJOR, 3)
    glfw.window_hint(glfw.CONTEXT_VERSION_MINOR, 3)
    glfw.window_hint(glfw.OPENGL_PROFILE, glfw.OPENGL_CORE_PROFILE)

    # 창 생성
    window = glfw.create_window(800, 600, "OpenGL Window", None, None)
    if not window:
        glfw.terminate()
        return
    
    # OpenGL 컨텍스트 설정
    glfw.make_context_current(window)

    # 메인 루프
    while not glfw.window_should_close(window):
        # 버퍼 초기화
        glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT)

        # 입력 처리
        glfw.poll_events()

        # 셰이더 실행
        # TODO: 셰이더 로직 작성

        # 버퍼 스왑
        glfw.swap_buffers(window)

    # GLFW 종료
    glfw.terminate()

if __name__ == '__main__':
    main()

3. 셰이더 로직 작성하기

위의 코드에서 TODO 부분에 셰이더 로직을 작성해야 합니다. 셰이더는 OpenGL에서 실행되는 작은 프로그램으로, 그래픽 카드에 의해 실행되며 실시간으로 이미지 효과를 생성합니다. 예를 들어, 간단한 색상 필터를 적용하는 셰이더 코드는 다음과 같습니다:

# 셰이더 소스 코드
vertex_shader_source = """
#version 330 core

layout(location = 0) in vec2 position;

void main()
{
    gl_Position = vec4(position, 0.0, 1.0);
}
"""

fragment_shader_source = """
#version 330 core

layout(location = 0) out vec4 color;

void main()
{
    color = vec4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0); // 빨간색 필터
}
"""

# 셰이더 컴파일 및 링크
shader_program = compileProgram(
    compileShader(vertex_shader_source, GL_VERTEX_SHADER),
    compileShader(fragment_shader_source, GL_FRAGMENT_SHADER)
)

위의 코드에서는 정점 셰이더(Vertex Shader)와 프래그먼트 셰이더(Fragment Shader)를 작성하고 컴파일하여 셰이더 프로그램을 생성합니다. 이제 이 프로그램을 메인 루프에서 실행해야 합니다.

4. 셰이더 실행하기

메인 루프에서 셰이더를 실행하는 방법은 다음과 같습니다:

# TODO: 셰이더 로직 작성
glUseProgram(shader_program)

이 코드는 프래그먼트 셰이더의 color 출력을 설정하고, 해당 프로그램을 현재 사용하도록 설정합니다.

5. 결과 확인하기

마지막으로 셰이더 실행 후 화면에 결과를 확인하기 위해 버퍼를 스왑하는 코드를 작성해야 합니다:

# 버퍼 스왑
glfw.swap_buffers(window)

이렇게 작성된 코드를 실행하면 OpenGL 창이 열리고, 셰이더 프로그램이 수행됩니다. 원하는 이미지 효과를 생성하기 위해 셰이더 로직을 직접 작성하면 됩니다.

결론

이번 포스트에서는 PyOpenGL을 활용하여 실시간으로 셰이더 프로그래밍을 하는 방법에 대해 알아보았습니다. 셰이더를 사용하면 매우 다양하고 복잡한 이미지 효과를 생성할 수 있으며, 파이썬을 통해 쉽게 구현할 수 있습니다. 이제 여러분은 PyOpenGL을 사용하여 컴퓨터 그래픽 디자인에 도전할 수 있습니다!