DirectX Programming (2)

 

다이렉트 드로우 실전 프로그래밍

 

이제부터 실제로 프로그래밍에 들어가도록 하겠다.

먼저 다이렉트 드로우을 이용한 예제 프로그램을 하나 작성해보고 다음으

로 다이렉트 사운드를 이용한 예제 프로그램을 작성해보도록 하겠다.

 

다이렉트 드로우 실전 프로그래밍

 

다이렉트 드로우란 ?

다이렉트X는 윈도 95를 기반으로 하는 게임 제작을 위해 구현되었으며 무엇

보다도 속도 향상에 그 목적을 두고 있다. 다이렉트X에서 가장 큰 비중을

차지하고 있는 것이 바로 여기서 설명할 다이렉트 드로우이다. 그럴듯한 게

임을 제작하려면 화면 출력 속도가 빠르지 않고서는 말이 안되기 때문에 다

이렉트 드로우가 사실상 다이렉트X의 핵심이라는데 이견을 제시할 개발자

는 아마 없을 것이다.

 

그림 4 : 다이렉트 드로우의 구조

 

다이렉트 드로우는 한마디로 비디오 메모리 관리자로 윈도 GDI와 호환을 유

지하면서 직접 디스플레이 디바이스에 접근할 수 있는 소프트웨어 인터페

이스라고 할 수 있다. 다이렉트 드로우를 통해 게임 개발자들은 이제 더 이

상 수많은 하드웨어 드라이버 인터페이스를 맞추는 작업을 하지 않고도 GDI

를 거치지 않는 하위레벨 API로 하드웨어를 직접 제어할 수 있게 되었다.

즉 그래픽 디바이스에 상관없이, 또 윈도 디바이스 드라이버 계층을 거치

지 않기 때문에 보다 간단하게 그래픽 루틴을 구현할 수 있고 빠른 처리

속도를 기대할 수 있게 되었다.

특히 다이렉트 드로우는 하드웨어 가속에 관한 많은 기능을 부여하고 있

다. 다이렉트 드로우는 하드웨어와 데이터를 주고받기 위한 수단으

로 HAL (Hardware Abstraction Layer)이란 모듈을 사용한다. 사용하고

자 하는 기능이 하드웨어에 있는 것이라면 그것을 이용하고 만일 없다면

소프트웨어적으로 처리하기 때문에 고성능의 하드웨어에서는 더 빠르고

정확하게 기능이 구현되고 성능이 좋지 않은 하드웨어에서도 원하는 기능

이 동작한다.

이렇게 하드웨어적으로 지원되지 않는 기능을 소프트웨어적으로 구현하기

위해 HEL(Hardware Emulation Layer)이라는 모듈이 지원된다. 간단히 정리

해 보면 다이렉트X의 등장과 발전으로 인해 거의 완벽한 하드웨어 독립성

이 가능해졌고 이 때문에 게임 개발자들이 더 이상 자신만의 독자적인 드라

이버를 제작할 필요가 없어져 게임 제작 고유의 작업에 몰두할 수 있게 되

었다는 의미로 받아들이면 된다.

용어 정리 다이렉트 드로우를 이용한 프로그래밍에 들어가기에 앞서 몇 가

지 알아두어야 할 용어들과 개념이 있다. 일단 그것부터 정리하고 들어가

도록 하겠다.

비디오 모드비디오 모드란 화면의 해상도와 표현 가능한 색상수를 말한

다. 먼저 해상도에 대해 언급하면 다음과 같은 해상도가 대표적인 해상도들

이다.

현재 게임 환경으로 가장 널리 사용되는 해상도는 320×200과 640×480이

다. 예제 프로그램에서는 640×480을 사용할 것이다. 표현 가능한 색상수

는 결국 한 점의 색상을 표현하기위해 어떤 방법을 쓰느냐에 따라 달라진

다. 여기에는 크게 인덱스 모드와 RGB 모드가 있다. 인덱스 모드란 별도

의 색상 테이블을 두고 거기에 색상을 RGB로 정의해 둔 다음 이 테이블에

서 인덱스로 한 점의 색상을 표현하는 것이다. 널리 사용되는 색상 표현 방

법으로는 다음과 같은 것이 있다.

8비트 인덱스 모드는 256개의 색상을 표현할 수 있는 모드로 흔히 256컬러

모드라고 한다. 즉 한 점을 나타내는데 8비트를 사용하며 이 값은 컬러 테

이블에서의 인덱스가 되는 것이다. 예를 들어 8비트 모드에서 어떤 점의

값이 5였다면 그 점의 실제 색상은 색상의 테이블의 5번째 항목에 어떤 값

이 들어있는지를 봐야만 알 수 있다. 인덱스 모드를 팔레트(Palette) 모드

라고 하기도 한다.

팔레트란 앞서의 컬러 테이블을 말한다.

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인덱스 모드의 장점

1) 메모리를 덜 차지한다. 물론 그 만큼 표현가능한 색상의 수는 줄

어든다.

2) 메모리를 덜 차지하는 만큼 출력 속도가 빠르다.

3) 색상 테이블의 내용을 변경하여 여러 가지 효과를 낼 수 있다. 색

상 테이블의 내용을 변경하면 그 것이 바로 화면에 반영되기 때

문이다. 이를 이용해 페이드인(fade-in)이나 페이드아웃(fade-out)

효과를 낼 수 있다.

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‘하이 컬러’모드는 하나의 색상을 표현하는데 16비트를 사용한다. RGB로

색상을 표현하는데 R, G, B 각각에 5비트, 6비트, 5비트씩을 할당한다. 24

비트 모드는 R, G, B 각각에 8비트씩을 할당한다. 32비트 RGBA 모드는 R,

G, B 각각에 8비트씩을 할당하고 마지막 한 바이트로 불투명도를 나타낸

다. 한 점을 표현하기 위해 사용하는 비트수가 많으면 많을수록 좋겠지만

그만큼 메모리를 많이 차지하게 된다. 예제 프로그램에서는 8비트 인덱스

모드를 사용해보겠다.

 

비트맵

컴퓨터 상에서 점의 배열 형태로 저장되는 이미지를 말한다. 기본적으로

컴퓨터상의 모든 그림은 비트맵이라고 할 수 있을 것이다. 여기서 비트맵

은 BMP 파일 형식을 이야기하는 것은 아니다.

 

스프라이트(Sprite)

투명한 영역이 존재한다는 점만 제외하면 기본적으로 비트맵과 같다. 스

프라이트는 게임에서 아주 중요한 요소이다. 게임의 배경 화면 위에서 움직

이는 모든 것들은 스프라이트로 만들어져야 한다.

만일 움직이는 것이 사각형 모양이라면 스프라이트로 만들 필요가 없지만

예를 들어 사람이라면(완전히 네모난 체형의 사람이 아니라면) 그냥 배경

위에 덮어써질 경우 겹쳐지는 부분의 배경 화면이 지워져 버린다. 그래서

스프라이트에는 투명 영역이 주어지는데 이는 대개 특정 색상을 지정해 이

것이 사용되면 투명 영역으로 인식한다. 이런 용도의 색상을 다이렉트

드로우에서는 컬러키(Color Key)라고 한다. 여기에는 소스 컬러키

(Source color key)가 있고 타겟 컬러키(Destination color key)가 있는

데 이에 대해서는 뒤에서 예제 프로그램을 만들어볼 때 다시 설명하도록

하겠다.

그림 5 : 스프라이트

 

스프라이트를 이용한 애니메이션에서 중요한 일 두 가지는 다음과 같다.

경계 검사(Bounds checking)

스프라이트의 이동 영역을 제한하는 것을 말한다. 이는 다이렉트 드로우

에서 직접 지원되지 않는 서비스로 개발자가 다이렉트 드로우를 기반으로

하여 직접 구현해야 한다.

충돌 검사(Collision detection)

하나 이상의 스프라이트가 충돌했는지 여부를 감지하는 절차를 말한다.

이 역시 다이렉트 드로우에서 직접 지원되지 않는 서비스로 개발자가 다이

렉트 드로우를 기반으로 하여 직접 구현해야 한다.

 

더블 버퍼링(Double Buffering)

게임이나 어떤 응용프로그램상에서 애니메이션을 수행해야 한다면 여러

가지 방법을 사용할 수 있다. 게임을 마치 영화처럼 생각해보자. 영화는

각 장면장면(이를 프레임이라 한다)을 계속적으로 촬영하여 이를 재생하

는 방법을 사용한다. 즉, 영화상에서 움직이는 대상들도 알고 보면 정지 화

면이 계속적으로 뿌려져 움직이는 듯한 효과를 내는 것이다. 바로 사람 눈

의 잔상 효과를 이용한 것이다. 잔상 효과를 얻으려면 1초에 프레임이 적어

도 30개 이상은 있어야 한다.

게임에서의 애니메이션도 마찬가지 원리이다. 배경 화면위의 캐릭터들을

그려놓고 그 것들의 위치를 조금씩 변경해가며 주기적으로(1초에 30번 이

상) 반복하여 그려주면 보는 사람 입장에서는 움직이는 것처럼 보인다.

이 방법으로 가장 널리 사용되는 것이 바로 더블 버퍼링이다. 다이렉트 드

로우도 더블 버퍼링을 사용하여 애니메이션을 수행한다. 여기에는 크게 두

가지 방식이 있다. 첫 번째 방식은 오프스크린 메모리(비디오 메모리가 아

닌 일반 메모리)에 다음 장면을 다 그려놓고 이를 한 번에 비디오 메모리

로 복사하는 과정을 반복하는 것이다.

바로 비디오 메모리로 써넣으면 배경 비트맵이 출력되고 각각의 스프라이

트가 출력되는 과정이 별도로 일어나기 때문에 사용자가 보기에는 깜빡이

는 듯한 현상이 발생한다. 이를 해결하기위해 일단 메모리의 별도 영역에

출력을 다 내보낸 다음 이를 한 번에 비디오 메모리로 복사하는 것이다. 이

는 일반 시스템 메모리의 내용을 비디오 메모리로 복사하는 것을 소프트웨

어적으로 해결하는 셈이기 때문에 다소 속도가 느리다.

두 번째 방법은 첫 번째 방법과 개념적으로 동일한데 하드웨어의 기능을

이용하기 때문에 훨씬 더 빠르다. 이 방법은 페이지 플립핑(Page

Flipping)을 이용하는 것이다. 먼저 두 개의 페이지를 만든다. 첫 페이

지를 전위 버퍼(Front Buffer)라 하고 다른 한 페이지를 후위 버퍼(Back

Buffer)라 한다. 전위 버퍼는 비디오 메모리에 위치하여 화면으로 출력되

는 내용을 담는다. 후위 버퍼는 비디오 메모리(가능하다면)나 시스템 메모

리에 위치하여 앞서 첫 번째 방법에서의 오프스크린 메모리와 같은 역할

을 수행한다. 이렇게 두 개의 페이지를 만든 다음 후위 버퍼에 다음 장면

을 다 그리고 나서 하드웨어에 페이지 플립핑 명령을 내리면 두 개의 페이

지가 교체된다. 즉, 후위 버퍼가 전위 버퍼가 되고 전위 버퍼가 후위 버퍼

가 된다. 결국 후위 버퍼에 써넣은 내용이 화면으로 출력되는 것이다.

 

이는 하드웨어적으로 화면에 뿌릴 내용을 읽어올 주소만 바꿔버리는 형식

이기 때문에 첫 번째 방법에 비해 훨씬 더 빠르다. 이렇게 페이지를 교체

해버리는 것을 페이지 플립핑이라 한다.

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비디오 메모리

비디오 메모리란 모니터로 출력될 내용이 들어가 있는 메모리를 말한다.

이 메모리에 있는 내용이 약간의 차이는 있지만 대략 1초에 70회 정도 반

복적으로 모니터로 출력되는 것이다.

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다이렉트 드로우에서는 이 두 가지 방식을 모두 지원한다. 다이렉트 드로

우를 사용하는 프로그램은 윈도 모드나 풀스크린 모드로 동작할 수 있다.

윈도 모드란 여타 다른 윈도 프로그램처럼 윈도를 갖는 프로그램으로 실행

되는 것을 말한다. 즉 다른 윈도 프로그램(GDI를 사용해 출력하는 프로그

램)들과 공존하는 것이다. 풀스크린 모드란 전제 화면을 다 차지하여 독점

하는 것이다. 즉 다른 윈도 프로그램들은 보이지 않게 된다. 윈도 모드에

서는 더블 버퍼링 방법 중 전자의 방법을 취하게 되고 풀스크린 모드에서

는 후자의 방법을 택해야 한다.

 

클립핑(Clipping)

전체 그림 영역 중에서 일부 영역만 출력하도록 하고 나머지 영역의 출력

은 막는 기술을 말한다. 우리가 지금 사용하고 있는 윈도도 모두 클립핑을

사용하고 있다. 즉 윈도마다 자신이 유지하는 내용을 모두 다 표시하는 것

이 아니라 자신의 크기에 맞춰 그 부분만 출력하고 나머지는 출력하지 않

는다. 이 것이 바로 클립핑이다. 다이렉트 드로우를 풀스크린 모드로 사용

할 때는 클립핑이라는 것이 필요없다. 전체 화면을 모두 내가 사용하는데

신경쓸 일이 없다. 하지만 윈도 모드의 다이렉트 드로우 프로그램에서는

이를 명심해야 한다. 출력이 자신이 속한 윈도 바깥으로 나가지 않도록

주의해야 한다. 다이렉트 드로우에는 이런 용도로 클립퍼(Clipper)라는 객

체가 제공된다. 앞서 이야기된 것처럼 이 객체는 윈도 모드에서만 사용된

다.

그림 7을 보면 윈도 A는 윈도 B와 C에 의해 가려져 있다. 이 경우 윈도 A

의 내용은 윈도 B와 C에 의해 가려진 부분을 제외하고 출력된다. 이것이 바

로 클립핑이다.

 

면(Surface) 객체

다이렉트 드로우에서 기본적으로 출력 대상이 되는 비트맵이나 스프라이

트의 내용을 보관하기위해 면(surface)이라는 것을 사용한다. 또한 앞서 더

블 버퍼링에서 버퍼도 면으로 표현한다. 전위 버퍼를 다이렉트 드로우

용어로는 주면(Primary Surface)이라 하고 후위 버퍼를 후위 면(Back

Surface)이라 한다. 앞에서 이야기한 것처럼 배경이 되는 비트맵이나 애니

메이션의 대상이 되는 스프라이트들도 각기 면 객체로 생성되어 있어야만

후위 면으로의 복사가 용이하다.

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주 의

더블 버퍼링을 사용할 때는 한 가지 주의할 점이 있다. ‘찢어짐(teari

ng)’ 현상이 바로 그것인데 모니터 화면은 대개 1초에 70회 정도 다시 그

려진다. 비디오 메모리에 있는 내용을 별 생각이 없이 1초에 70번씩 가져다

가 그리는 셈인데 만일 화면의 내용이 중간쯤 그려진 상태에서 버퍼의 전환

이 이루어져 비디오 메모리의 내용이 변경된다면 화면의 하단이 먼저 그려

지고 상단이 그려질 것이다. 이는 순간적으로 사용자의 눈에 무엇인가 이상

한 느낌을 주게 된다. 이를 피하려면 버퍼의 전환이 이루어지는 시점을

잘 맞추어야 한다. 즉, 화면의 갱신이 모니터 화면의 수직 주사에 맞추어

버퍼를 교체해야 한다.

면 객체는 ‘유실(lost)’되는 경우가 있다. 다이렉트 드로우는 기존의 윈

도 출력 시스템인 GDI와 공존한다. 그런데 문제는 GDI는 다이렉트 드로우

란 놈의 존재를 모르고 있다는 것이다. 그래서 만일 다이렉트 드로우 프

로그램을 실행해 놓은 상태에서 다른 일반 윈도 프로그램을 전면으로 띄우

면(풀스크린 모드에서도 Alt+Tab키를 이용해 일반 윈도 프로그램으로의 전

이가 가능하다) 욕심많은 GDI는 그동안 다이렉트 드로우가 힘들게(?) 만들

어 놓은 자원들을 모두 회수해버린다. 다이렉트 드로우 입장에서 볼 때는

엉망이 되는 것이다. 이를 면이 유실되었다고 한다. 이 경우에는 면 객체

의 내용을 다시 복구해주어야 한다.

면의 유실 여부는 면의 메소드를 사용할 때 리턴 값을 보면 알 수 있다.

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오버레이(Overlay)

개념적으로 볼 때 주 면에 적용되어 주 면을 덮고 있는 사각형의 영역으로

볼 수 있다. 오버레이는 다른 면 객체들보다 앞에 항상 떠 있다고 생각하

면 된다.

오버레이는 이를 하드웨어적으로 지원하는 그래픽 카드에서 잘 동작한다.

예를 들어 자동차 경주 게임이나 비행 시물레이션을 보면 게기판을 볼 수

있는데 이를 오버레이로 만들어 두면 된다.

 

다이렉트 드로우 관련 객체

다이렉트 드로우는 여러 개의 객체로 구성된다. 각각의 객체는 서로 상관

관계를 갖게 되며 여러 개의 멤버 함수를 갖게 된다. 다이렉트 드로우는 다

음과 같은 객체로 구성된다.

 

 

역시 메인이 되는 객체는 다이렉트 드로우이다. 이 객체를 통해 다른 객체

들의 생성이 가능한데 이 방법이 가장 널리 사용되는 방법이다. 각각의 객

체를 별도로 생성하는 것도 가능하다. 다이렉트 드로우 객체는 화면 해상

도를 지정하고 풀스크린 모드와 윈도 모드 중에 어떤 것을 사용할지와 다

른 다이렉트 드로우 객체들을 생성하는 역할을 담당한다.

다이렉트 드로우 면 객체는 실제 화면 출력과 관련되는 객체로 대개의 경

우 적어도 주 면 객체와 후위 면 객체의 두 개를 만들어 사용하게 된다.

다이렉트 드로우 팔레트 객체는 면 객체로 나가는 출력에서 어떤 색상을 사

용할 것인지 그 팔레트를 지정하는 역할을 담당한다. 다이렉트 드로우 클

립퍼 객체는 윈도 모드에 나가는 출력이 다른 윈도들의 영역을 침범하는 것

을 막는 역할을 담당한다.

 

다이렉트 드로우 프로그램 작성

이제부터는 다이렉트 드로우로 예제 프로그램을 작성해가면서 다이렉트 드

로우에 대해서 설명하도록 하겠다. 앞서 이야기했던 것처럼 예제 프로그램

은 윈도 API를 갖고 작성하도록 하겠다. MFC로 작성하게 되면 MFC 자체에

대한 지식이 필요하기 때문에 다이렉트 드로우 자체에 대해 집중할 수가 없

기 때문이다. 그리고 델파이나 비주얼베이식에서는 사용 가능한 다이렉트

드로우 컴포넌트가 있기는 하지만 이 것을 사용하면 다이렉트 드로우 자체

에 대해 제대로 이행할 수 없기 때문에 독자 여러분들이 다소 생소한 느낌

을 가질지 모르겠지만 API를 이용해서 예제 프로그램을 작성하겠다. 따라

서 여러분은 API를 이용한 프로그래밍에 대한 사전지식이 필요하다. 아주

잘 알아야할 필요는 없지만 적어도 “Hello, world?”를 출력하는 정도의

프로그램을 작성하고 그 내용을 이해할 수 있는 수준은 되어야 한다. 만들

고자 하는 프로그램은 풀스크린 모드의 프로그램이며 슈팅 게임의 기본적

인 뼈대만을 잡은 것으로 배경 화면이 스크롤되고 비행기 한 대가 키 입력

에 따라 위아래와 좌우로 이동하는 것이다.

 

- 계속 -

 

- the end of this article -