2차원 행렬

이동

앞 장에서는 도형을 만드는 방법에 대해 배웠다 - 도형을 움직이는 기법은 좌표계 자체를 움직이는 것이다.
간단하게, 각 픽셀의 위치를 나타내는 st 변수에 벡터를 더하면 이를 달성할 수 있다.
이로 인해 전체 공간 좌표계가 이동하게 된다.

백문이 불여일견, 직접 봐보자:

• 공간 자체가 어떻게 움직이는지 보려면 아래 코드의 35번째 줄의 주석을 해제하라.

이제, 다음 연습을 해보시오:

• u_time을 쉐이핑 함수와 함께 사용하면 작은 십자 모양이 흥미로운 방식으로 이동한다. 관심 있는 특정 움직임을 조사해보고, 십자 모양을 그것와 똑같이 움직이도록 시도해보자.
  우선, "실제 세계"에서 무언가를 기록하는 것이 도움이 될 수 있다 - 파도가 오고 가는 것, 진자의 움직임, 튀는 공, 가속하는 자동차, 정지중인 자전거 등

회전

물체를 회전하려면 이동과 마찬가지로 전체 공간을 이해할 필요가 있다. 이를 위해 행렬를 사용할 것이다.
행렬은 열과 행으로 구성된 숫자 집합이다.
벡터의 값을 수정하기 위해서는 정확한 규칙을 따르는 행렬을 특정 방법으로 곱해야 한다.

GLSL은 자체적으로 2,3,4차원 행렬 자료형을 지원한다: mat2 (2x2), mat3 (3x3), mat4 (4x4).
또한, GLSL은 행렬 곱셈(*)을 지원하고 행렬의 성분별 곱셈 함수 (matrixCompMult())도 지원한다.

행렬의 특성에 의해, 특정 기능을 수행하기 위한 행렬을 구성할 수 있다.
예를 들어, 행렬을 사용하여 벡터를 이동할 수 있다:

더욱 흥미로운 것은, 행렬을 사용하여 좌표계를 회전할 수 있다는 점이다.

다음은 2D 회전행렬을 구성하는 함수에 대한 코드이다.
이 함수는 vec2(0.0) 지점 주변에서 좌표를 회전하기 위해 다음 공식을 따른다.

mat2 rotate2d(float _angle){
    return mat2(cos(_angle),-sin(_angle),
                sin(_angle),cos(_angle));
}

여태 배워왔던 도형을 그리는 방식에 따르면, 이것은 정확히 우리가 원하는 것은 아니다. 십자 모양은 캔버스의 중앙에 그려져 있는데, 이는 vec2(0.5) 위치에 해당한다. 그렇기 때문에, 공간을 회전하기 전에 도형을 중심에서 vec2(0.0) 좌표로 이동시킨 후, 공간을 회전하고, 최종적으로 다시 원래 위치로 이동해야 한다.

그것은 다음 코드와 같다:

다음 연습을 해보시오:

• 위 코드의 45번째 줄의 주석을 해제하고 무슨 일이 일어나는지 보아라.

• 37, 39번째 줄의 주석 처리를 해보며 회전 전후의 이동에 대해 관찰해 보아라.

• 이동 예제에서 시뮬레이션한 애니메이션을 회전을 사용하여 개선해보아라.

크기

공간에서 물체를 이동하고 회전하는데에 행렬이 어떻게 사용되는지 배웠다. (더 정확하게는, 좌표계를 변환하여 물체를 회전시키고 이동시키기 위해). 3D 모델링 소프트웨어나 Processing에서 push 및 pop 행렬 함수를 사용해보면, 행렬이 물체의 크기를 조정하는데에도 사용된다는것을 알게 될 것이다.

위 공식에 의해, 다음과 같이 2차원 크기변환 행렬을 만들 수 있다:

mat2 scale(vec2 _scale){
    return mat2(_scale.x,0.0,
                0.0,_scale.y);
}

이것이 어떻게 작동하는지 더 깊이 이해하기 위해 다음 연습을 해보시오.

• 공간 좌표계의 크기변환을 보기위해 42번째 줄의 주석을 해제해보시오.

• 37,39번째 줄에 크기변환 전후로 이동하는 부분을 주석처리 하면 무슨일이 일어나는지 보아라.

• 회전행렬을 크기변환행렬과 함께 사용해 보시오. 순서에 주의할 것.
  행렬을 먼저 곱한 다음 벡터를 곱하시오.

• 이제 여러분은 다양한 모양을 그릴 수 있고, 움직이고, 회전하고, 크기를 조정할 수 있는 방법을 알았으니, 멋진 구성을 만들 때이다. 가짜 UI 또는 HUD(헤드업 디스플레이)를 설계하고 구현해보아라.
  Ndel의 다음 ShaderToy 예제를 통해 영감을 얻고 참조할 수 있다.

행렬의 기타 용도: YUV 색상

YUV는 크로미넌스 구성 요소의 대역폭을 줄이기 위해 인간의 인식 범위를 고려한 사진과 비디오의 아날로그 인코딩에 사용되는 색 공간이다.

다음 코드는 GLSL에서 행렬 연산을 사용하여 한 모드에서 다른 모드로 색상을 변환하는 흥미로운 코드이다.

보다시피, 색을 행렬과 곱함으로써 벡터로 취급하고 있다.
우리는 이런식으로 값들을 이리저리 "옮긴다".

이 장에서는 행렬 변환을 사용하여 벡터를 이동, 회전 및 확장하는 방법에 대해 알아보았다. 이러한 변환은 이전 장에서 배운 도형들을 사용하여 다양한 구성을 만드는 데 필수적이다. 다음 챕터에서는 지금까지 배운 모든 것을 이용하여 아름다운 절차적 패턴을 만들어 볼 것이다.
반복코딩과 응용이 흥미로운 연습이 될 수 있다는 것을 알게 될 것이다.