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WebGL로 3D 객체 만들기 - Web API

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이제 우리가 만든 정사각형에 5개의 면을 더해서 3차원 정육면체를 만들어 보겠습니다. 이 작업을 조금 더 효율적으로 하기 위해서 drawArray() 메서드를 호출해서 정점을 직접 핸들링하는 대신에, 정점 배열을 인덱스와 값으로 정의된 테이블이라고 생각하고, 각 정점을 인덱스로 참조해서 정육면체 각 면의 정점 위치를 정의하고 gl.drawElements()를 호출해서 그려보겠습니다.

고려 사항 : 정육면체의 각 면은 4개의 정점이 필요하고, 정육면체에는 6개의 면이 있으므로 총 24개의 정점이 필요할 것 같지만, 하나의 정점이 세 개의 면에 공통적으로 사용되므로 실제로는 8개의 정점만 있으면 됩니다. 그리고 이 8개의 정점 각각에 인덱스 번호를 매겨서 참조하면 한 개의 정점을 세 개의 면에 재사용할 수 있습니다. 하지만 이번 예제에서는 8개가 아니라 24개의 정점을 사용하는데, 그 이유는 한 꼭지점에서 만나는 세 개의 면마다 다른 색상을 적용할 것이기 때문입니다. 하나의 정점은 한 개의 색상만을 가질 수 있으므로, 세 개의 색상을 표시하려면 세 개의 정점이 필요합니다. 따라서 기하학적으로는 하나의 꼭지점일지라도 세 개의 색상을 표시하기 위해서는 세 개의 정점이 필요 합니다.

먼저 initBuffers() 내부에 있는 코드를 수정해서 정육면체의 정점 버퍼를 만듭니다. 방식은 정사각형을 그릴 때와 거의 비슷하지만, 정점의 수는 하나의 면에 4개 씩, 총 24개로 정사각형보다 더 많습니다:

var vertices = [
  // 앞면(Front face)
  -1.0, -1.0, 1.0, 1.0, -1.0, 1.0, 1.0, 1.0, 1.0, -1.0, 1.0, 1.0,

  // 뒤면(Back face)
  -1.0, -1.0, -1.0, -1.0, 1.0, -1.0, 1.0, 1.0, -1.0, 1.0, -1.0, -1.0,

  // 위면(Top face)
  -1.0, 1.0, -1.0, -1.0, 1.0, 1.0, 1.0, 1.0, 1.0, 1.0, 1.0, -1.0,

  // 아래면(Bottom face)
  -1.0, -1.0, -1.0, 1.0, -1.0, -1.0, 1.0, -1.0, 1.0, -1.0, -1.0, 1.0,

  // 오른쪽면(Right face)
  1.0, -1.0, -1.0, 1.0, 1.0, -1.0, 1.0, 1.0, 1.0, 1.0, -1.0, 1.0,

  // 왼쪽면(Left face)
  -1.0, -1.0, -1.0, -1.0, -1.0, 1.0, -1.0, 1.0, 1.0, -1.0, 1.0, -1.0,
];

24개 정점의 색상 배열도 만들어야 합니다. 각 면의 색상을 하나의 배열로 정의하고, 반복문을 돌면서 모든 정점의 색상 정보를 하나의 배열로 만듭니다.

var colors = [
  [1.0, 1.0, 1.0, 1.0], // 앞면 : 흰색
  [1.0, 0.0, 0.0, 1.0], // 뒤면 : 빨간색
  [0.0, 1.0, 0.0, 1.0], // 위면 : 녹색
  [0.0, 0.0, 1.0, 1.0], // 아래면 : 파란색
  [1.0, 1.0, 0.0, 1.0], // 오른쪽면 : 노란색
  [1.0, 0.0, 1.0, 1.0], // 왼쪽면 : 보라색
];

var generatedColors = [];

for (j = 0; j < 6; j++) {
  var c = colors[j];

  for (var i = 0; i < 4; i++) {
    generatedColors = generatedColors.concat(c);
  }
}

cubeVerticesColorBuffer = gl.createBuffer();
gl.bindBuffer(gl.ARRAY_BUFFER, cubeVerticesColorBuffer);
gl.bufferData(
  gl.ARRAY_BUFFER,
  new Float32Array(generatedColors),
  gl.STATIC_DRAW,
);

정점 배열을 만들었으면 인덱스 배열(원문 : element array)을 만들어야 합니다.

cubeVerticesIndexBuffer = gl.createBuffer();
gl.bindBuffer(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, cubeVerticesIndexBuffer);

// 인덱스 배열은 하나의 면을 두 개의 삼각형으로 정의합니다.
// 인덱스 배열의 원소인 각 숫자는 정점 배열에서 한 정점의 위치를 나타냅니다.
// 즉, 아래의 인덱스 배열에서의 0, 1, 2,   0, 2, 3은
// 정점 배열에서 0, 1, 2번째의 정점으로 이루어진 삼각형과
// 0, 2, 3번째 정점으로 이루어진 삼각형 두 개로
// 하나의 면을 나타낸다는 의미입니다.

var cubeVertexIndices = [
  0,
  1,
  2,
  0,
  2,
  3, // front
  4,
  5,
  6,
  4,
  6,
  7, // back
  8,
  9,
  10,
  8,
  10,
  11, // top
  12,
  13,
  14,
  12,
  14,
  15, // bottom
  16,
  17,
  18,
  16,
  18,
  19, // right
  20,
  21,
  22,
  20,
  22,
  23, // left
];

// 인덱스 배열을 GL에 전달

gl.bufferData(
  gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER,
  new Uint16Array(cubeVertexIndices),
  gl.STATIC_DRAW,
);

cubeVertexIndices 배열은 정육면체 정점 배열의 인덱스값을 원소로 가지며, 각 인덱스 값에 해당하는 정점을 순서대로 세 개씩 묶어서 하나의 삼각형을 구성하고, 삼각형 두 개를 순서대로 묶어서 하나의 면으로 정의합니다. 따라서 6개의 면을 가진 정육면체는 12개의 삼각형의 조합으로 표현할 수 있습니다.

다음 단계로 정육면체의 인덱스 버퍼를 이용해서 정육면체를 그릴 수 있도록 drawScene() 함수 내부에 코드를 추가 합니다. 인덱스 버퍼를 사용하기 위한 bindBuffer()와 정육면체를 그리기 위한 drawElements() 호출문을 추가합니다:

gl.bindBuffer(gl.ELEMENT_ARRAY_BUFFER, cubeVerticesIndexBuffer);
setMatrixUniforms();
gl.drawElements(gl.TRIANGLES, 36, gl.UNSIGNED_SHORT, 0);

정육면체의 각 면이 두 개의 삼각형으로 이루어져 있으므로, 한 면에는 6개의 정점이 있으며, 정육면체 전체로는 총 36개의 정점이 존재합니다. 정점 배열에는 24개의 정점이 있었으므로 36개의 정점을 구성하려면 하나의 정점이 여러번 중복되어 사용 되었을 것 입니다. 비효율적이라고 생각될 수도 있지만, 인덱스 배열은 처리가 단순한 정수형 데이터로만 구성되어 있으므로, 36개의 정수형 배열이 하나의 애니메이션 프레임에서 처리하기에 지나치게 많은 수준의 데이터는 아닙니다.

이제 지금까지 만든 정육면체를 확인 해 보겠습니다. WebGL을 지원하는 브라우저에서는 여기에서 6개의 면이 원색으로 채색된 정육면체를 볼 수 있습니다.

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