[프로세싱(Processing) : 고급] GPGPU 프로그래밍

3. GPGPU 프로그래밍

3.1 GPU 기반 병렬 컴퓨팅 개요

GPGPU(General-purpose computing on graphics processing units)는 그래픽 처리 장치(GPU)를 일반적인 계산에 활용하는 것을 의미합니다. GPU는 많은 코어를 갖고 있어 병렬 처리에 강점을 지니며, 고성능 컴퓨팅을 위해 사용됩니다.

 

3.2 셰이더 프로그래밍 기초

셰이더는 GPU에서 실행되는 작은 프로그램으로, 그래픽 처리 과정의 특정 단계를 조절합니다. 셰이더는 주로 GLSL(OpenGL Shading Language)로 작성되며, 프로세싱에서도 사용할 수 있습니다. 셰이더는 정점 셰이더와 픽셀(프래그먼트) 셰이더로 구분됩니다.

 

3.3 프로세싱에서 GPGPU 활용

프로세싱은 OpenGL을 기반으로 하므로 셰이더를 사용하여 GPGPU를 적용할 수 있습니다. 프로세싱에서는 PShader 클래스를 사용해 셰이더를 불러오고 적용할 수 있습니다.

 

3.4 GPGPU를 이용한 고급 그래픽 및 애니메이션

GPGPU를 활용하면 고급 그래픽 효과와 애니메이션을 구현할 수 있습니다. 입자 시스템, 유체 시뮬레이션, 복잡한 렌더링 기법 등 다양한 분야에서 GPGPU는 높은 성능과 실시간 처리를 가능하게 합니다.

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예제: 프로세싱에서 간단한 정점 셰이더 사용하기

// 정점 셰이더 코드 (파일명: vertexShader.glsl)
uniform mat4 transformMatrix;
attribute vec4 position;

void main() {
  gl_Position = transformMatrix * position;
}

// 프래그먼트 셰이더 코드 (파일명: fragmentShader.glsl)
#ifdef GL_ES
precision mediump float;
#endif

void main() {
  gl_FragColor = vec4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);
}

// 프로세싱 스케치 코드
PShader shader;
float angle = 0;

void setup() {
  size(400, 400, P2D);
  shader = loadShader("fragmentShader.glsl", "vertexShader.glsl");
}

void draw() {
  background(255);
  shader(shader);
  float scaleFactor = sin(radians(angle)) * 0.5 + 0.5;
  PMatrix3D transformMatrix = new PMatrix3D();
  transformMatrix.translate(width / 2, height / 2);
  transformMatrix.scale(scaleFactor, scaleFactor);
  shader.set("transformMatrix", transformMatrix);
  angle += 1;

  beginShape(QUADS);
  vertex(-50, -50);
  vertex(50, -50);
  vertex(50, 50);
  vertex(-50, 50);
  endShape();
}

/*
이 예제에서는 정점 셰이더와 프래그먼트 셰이더를 사용해 간단한 사각형을 그립니다. 정점 셰이더는 변환 행렬을 적용하여 사각형의 위치를 조절하고, 프래그먼트 셰이더는 사각형의 색상을 빨간색으로 설정합니다. 스케치 코드에서는 PMatrix3D를 사용해 변환 행렬을 생성하고, 셰이더에 전달합니다. 이를 통해 사각형이 실시간으로 확대와 축소되는 애니메이션을 생성합니다.
*/

 

GPGPU 프로그래밍을 통해 프로세싱에서도 복잡한 그래픽 처리를 빠르게 수행할 수 있습니다. 이를 응용하면 다양한 인터랙티브 시각화, 아트 작품, 게임 개발 등에 활용할 수 있으며, 창의적인 프로젝트를 구현할 수 있습니다. 프로세싱을 기반으로 한 GPGPU 프로그래밍 기법을 학습함으로써 더욱 강력한 그래픽 처리 능력을 확보할 수 있습니다.