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<div style='display: inline'>
<h1 style='font-family: Malgun Gothic, Consolas; font-size: 20pt; color: #006699; text-align: center; font-weight: bold'>Unity로 실습하는 Shader (6) - Mosaic Shading</h1>

flat shading에 이어, 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
Unity로 실습하는 Shader (5) - Flat Shading
; <a target='tab' href='http://www.sysnet.pe.kr/2/0/11613'>http://www.sysnet.pe.kr/2/0/11613</a>
</pre>
 
모자이크(mosaic)도 가능하지 않을까...라는 생각이 들어 검색해 봤습니다. 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
fragment shader of mosaic filter 
; <a target='tab' href='https://gist.github.com/ykob/08f335981f2f95dcf8d8d525a9a9e7b6'>https://gist.github.com/ykob/08f335981f2f95dcf8d8d525a9a9e7b6</a>
</pre>
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
uniform vec2 resolution;
uniform sampler2D texture;

varying vec2 vUv;

const float mosaic = 12.0;

void main() {
  vec4 color = vec4(0.0);
  vec2 offset = vec2(mod(gl_FragCoord.x, mosaic), mod(gl_FragCoord.y, mosaic));

for (float x = 0.0; x &lt; mosaic; x++){
 for (float y = 0.0; y &lt; mosaic; y++){
 color += texture2D(texture, vUv - (offset + vec2(x, y)) / resolution);
 }
 }
 gl_FragColor = color / pow(mosaic, 2.0);
}
</pre>
 
위의 코드를 분석해 볼까요? 우선 gl_FragCoord 변수는, 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
gl_FragCoord ? contains the window-relative coordinates of the current fragment
; <a target='tab' href='https://www.khronos.org/registry/OpenGL-Refpages/gl4/html/gl_FragCoord.xhtml'>https://www.khronos.org/registry/OpenGL-Refpages/gl4/html/gl_FragCoord.xhtml</a>
</pre>
 
<div style='BACKGROUND-COLOR: #ccffcc; padding: 10px 10px 5px 10px; MARGIN: 0px 10px 10px 10px; FONT-FAMILY: Malgun Gothic, Consolas, Verdana; COLOR: #005555'>
gl_FragCoord assumes a lower-left origin for window coordinates and assumes pixel centers are located at half-pixel centers. 
</div> 
 
라고 설명하는데, 원점 위치가 다음과 같이 좌하단이 (0,0)이라고 합니다. 
 
<img alt='mosaic_shader_0.png' src='/SysWebRes/bbs/mosaic_shader_0.png' /> 
 
따라서 위의 경우 점 A는 (2, 3)이지만 gl_FragCoord로는 (2.5, 3.5)라는 것이고, pixel_center_integer 모드인 경우 (2.0, 3.0)이 됩니다. 그다음, mod 함수와 floor 함수를 익혀 두고, 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
mod ? compute value of one parameter modulo another
; <a target='tab' href='https://www.khronos.org/registry/OpenGL-Refpages/gl4/html/mod.xhtml'>https://www.khronos.org/registry/OpenGL-Refpages/gl4/html/mod.xhtml</a>

mod(x, y) == x - y * floor(x/y)

floor ? find the nearest integer less than or equal to the parameter
; <a target='tab' href='https://www.khronos.org/registry/OpenGL-Refpages/gl4/html/floor.xhtml'>https://www.khronos.org/registry/OpenGL-Refpages/gl4/html/floor.xhtml</a>
</pre>
 
mosaic 변수의 값이 5라는 가정으로 offset 변수의 값을, 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
vec2 offset = vec2(mod(gl_FragCoord.x, mosaic), mod(gl_FragCoord.y, mosaic));
</pre>
 
추적해 보면 다음과 같이 정리됩니다. 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
gl_FragCoord offset

(0,0) 0 - 5 * floor(0/5) (0,0)
(1,0) 1 - 5 * floor(1/5) (1,0)
(2,0) 2 - 5 * floor(2/5) (2,0)
(3,0) 3 - 5 * floor(3/5) (3,0)
(4,0) 4 - 5 * floor(4/5) (4,0)
(5,0) 5 - 5 * floor(5/5) (0,0)
(6,0) 6 - 5 * floor(6/5) (1,0)
</pre>
 
그리고 위의 offset을 for 루프에 적용하면, 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
for (float x = 0.0; x &lt; 5; x++)
{
 vec2 uvOffset = (offset + vec2(x, 0)) / resolution;
 color += texture2D(texture, vUv - uvOffset);
}
</pre>
 
아래의 값들이 나열됩니다. 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
gl_FragCoord == (0,0)
uvOffset((0,0) + (0,0)) / resolution = (+x0 pixel 위치의 uv 값,0)
uvOffset((0,0) + (1,0)) / resolution = (+x1 pixel 위치의 uv 값,0)
uvOffset((0,0) + (2,0)) / resolution = (+x2 pixel 위치의 uv 값,0)
uvOffset((0,0) + (3,0)) / resolution = (+x3 pixel 위치의 uv 값,0)
uvOffset((0,0) + (4,0)) / resolution = (+x4 pixel 위치의 uv 값,0)

gl_FragCoord == (1,0)
uvOffset((1,0) + (0,0)) / resolution = (+x1 pixel 위치의 uv 값,0)
uvOffset((1,0) + (1,0)) / resolution = (+x2 pixel 위치의 uv 값,0)
uvOffset((1,0) + (2,0)) / resolution = (+x3 pixel 위치의 uv 값,0)
uvOffset((1,0) + (3,0)) / resolution = (+x4 pixel 위치의 uv 값,0)
uvOffset((1,0) + (4,0)) / resolution = (+x5 pixel 위치의 uv 값,0)

...[생략]...

gl_FragCoord == (4,0)
uvOffset((4,0) + (0,0)) / resolution = (+x4 pixel 위치의 uv 값,0)
uvOffset((4,0) + (1,0)) / resolution = (+x5 pixel 위치의 uv 값,0)
uvOffset((4,0) + (2,0)) / resolution = (+x6 pixel 위치의 uv 값,0)
uvOffset((4,0) + (3,0)) / resolution = (+x7 pixel 위치의 uv 값,0)
uvOffset((4,0) + (4,0)) / resolution = (+x8 pixel 위치의 uv 값,0)

gl_FragCoord == (5,0)
uvOffset((0,0) + (0,0)) / resolution = (+x0 pixel 위치의 uv 값,0)
uvOffset((0,0) + (1,0)) / resolution = (+x1 pixel 위치의 uv 값,0)
uvOffset((0,0) + (2,0)) / resolution = (+x2 pixel 위치의 uv 값,0)
uvOffset((0,0) + (3,0)) / resolution = (+x3 pixel 위치의 uv 값,0)
uvOffset((0,0) + (4,0)) / resolution = (+x4 pixel 위치의 uv 값,0)

gl_FragCoord == (6,0)
uvOffset((1,0) + (0,0)) / resolution = (+x1 pixel 위치의 uv 값,0)
uvOffset((1,0) + (1,0)) / resolution = (+x2 pixel 위치의 uv 값,0)
uvOffset((1,0) + (2,0)) / resolution = (+x3 pixel 위치의 uv 값,0)
uvOffset((1,0) + (3,0)) / resolution = (+x4 pixel 위치의 uv 값,0)
uvOffset((1,0) + (4,0)) / resolution = (+x5 pixel 위치의 uv 값,0)
</pre>
 
대충 분석이 끝났군요. 위와 같이 구해진 uv 값을 vUv 값에서 빼는 형식이기 때문에 mosaic 값의 범위마다 같은 값을 갖게 됩니다. 
 
<hr style='width: 50%' /> 
 
위의 코드에서 resolution은 지난번의 글에 따라, 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
Unity Shader - Texture의 UV 좌표에 대응하는 Pixel 좌표
; <a target='tab' href='http://www.sysnet.pe.kr/2/0/11614'>http://www.sysnet.pe.kr/2/0/11614</a>
</pre>
 
_MainTex_TexelSize 변수를 이용하면 됩니다. 따라서 "<a target='tab' href='https://gist.github.com/ykob/08f335981f2f95dcf8d8d525a9a9e7b6'>fragment shader of mosaic filter</a>" 코드는 Unity로 대략 다음과 같이 포팅할 수 있습니다. 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
fixed4 frag(v2f i) : SV_Target
{
 float mosaic = 24.0; // 외부 변수 처리
 float2 texelSize = _MainTex_TexelSize;

float4 color = float4(0.0, 0.0, 0.0, 0.0);

float2 offset = <a target='tab' href='https://docs.microsoft.com/en-us/windows/desktop/direct3dhlsl/dx-graphics-hlsl-fmod'>fmod</a>(UVtoXY(i.uv, texelSize), mosaic);

for (float x = 0.0; x < mosaic; x++) {
 for (float y = 0.0; y < mosaic; y++) {
 color += tex2D(_MainTex, i.uv -
 XYtoUV(offset + float2(x, y), texelSize)
 );
 }
 }

color = color / pow(mosaic, 2.0);

return (color * i.diffuse) + i.specular;
}
</pre>
 
위의 코드를 지난번 고로 셰이딩과 합쳐 보면, 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
Unity로 실습하는 Shader (2) - 고로 셰이딩(gouraud shading) + 퐁 모델(Phong model)
; <a target='tab' href='http://www.sysnet.pe.kr/2/0/11609'>http://www.sysnet.pe.kr/2/0/11609</a>
</pre>
 
다음과 같이 코딩할 수 있고, 
 
<pre style='height: 400px; margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
Shader "My/mosaicShader"
{
 Properties
 {
 _MainTex("Texture", 2D) = "white" {}
 _Ka("Ambient Reflectance", Float) = 1.0
 }
 SubShader
 {
 Pass
 {
 CGPROGRAM
 #pragma vertex vert
 #pragma fragment frag

#include "UnityCG.cginc"
        #include "Lighting.cginc"

uniform float _Ka;
            sampler2D _MainTex;

struct appdata
            {
                float4 vertex : POSITION;
                float3 normal : NORMAL;
                float2 uv : TEXCOORD0;
            };

struct v2f
            {
                float4 vertex : SV_POSITION;
                float4 diffuse : COLOR0;
                float4 specular : COLOR1;
                float2 uv : TEXCOORD0;
            };

v2f vert(appdata v)
            {
                v2f o;
                o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                o.uv = v.uv;

// 주변광
                float4 ambientReflection = 1.0 * UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT;

// 확산광
                float3 worldNormal = UnityObjectToWorldNormal(v.normal);
                float3 lightDir = normalize(_WorldSpaceLightPos0); /* float4 _WorldSpaceLightPos0; */
                float3 diffuseReflection = 1.0 * _LightColor0.rgb * saturate(dot(worldNormal, lightDir));

// 반사광
                float3 reflectedDir = reflect(-lightDir, worldNormal);
                float3 viewDir = normalize(_WorldSpaceCameraPos - worldNormal); /* float3 _WorldSpaceCameraPos; */
                float reflectIntensity = saturate(dot(reflectedDir, viewDir));

float n = 4.0;
                reflectIntensity = pow(reflectIntensity, n);
                float3 specularReflection = 1.0 * _LightColor0 * reflectIntensity;

o.diffuse = float4(ambientReflection + diffuseReflection, 1.0);
                o.specular = float4(specularReflection, 1.0);

return o;
            }

float4 _Color;
            float2 _MainTex_TexelSize;

float2 UVtoXY(float2 uv, float2 texelSize)
            {
                return float2(uv.x / texelSize.x, uv.y / texelSize.y);
            }

float2 XYtoUV(float2 pos, float2 texelSize)
            {
                return float2(pos.x * texelSize.x, pos.y * texelSize.y);
            }

float2 imod(float2 xyPos, float mosaic)
            {
                return xyPos - mosaic * floor(xyPos / mosaic);
            }

fixed4 frag(v2f i) : SV_Target
            {
                float mosaic = 24.0;
                float4 color = float4(0.0, 0.0, 0.0, 0.0);
                float2 texelSize = _MainTex_TexelSize;

float2 offset = fmod(UVtoXY(i.uv, texelSize), mosaic);

for (float x = 0.0; x < mosaic; x++) {
 for (float y = 0.0; y < mosaic; y++) {
 color += tex2D(_MainTex, i.uv -
 XYtoUV(offset + float2(x, y), texelSize)
 );
 }
 }
 color = color / pow(mosaic, 2.0);

return (color * i.diffuse) + i.specular;
            }

ENDCG
 }
 }
}
</pre>
 
적용 후의 렌더링 결과는 다음과 같습니다. 
 
<img alt='mosaic_shader_1.png' src='/SysWebRes/bbs/mosaic_shader_1.png' /> 
 
<hr style='width: 50%' /> 
 
그런데, 사실 mosaic에 for 루프가 쓰였다는 것이 걸립니다. mosaic 자체가 그다지 정밀하게 보여줄 필요는 없으므로 for 루프에 따른 평균 색을 출력하기보다 그냥 단순하게 그 구획의 색상 하나를 대표색으로 출력해도 괜찮은 상황이 더 많을 것 같기 때문입니다. 그래서 다음과 같이 for 루프를 없앨 수 있습니다. 
 
<pre style='margin: 10px 0px 10px 10px; padding: 10px 0px 10px 10px; background-color: #fbedbb; overflow: auto; font-family: Consolas, Verdana;' >
fixed4 frag(v2f i) : SV_Target
{
 float mosaic = 24.0; // 외부 변수 처리
 float4 color = float4(0.0, 0.0, 0.0, 0.0);
 float2 texelSize = _MainTex_TexelSize;

float2 offset = fmod(UVtoXY(i.uv, texelSize), mosaic);
    color = tex2D(_MainTex, i.uv + XYtoUV(offset, texelSize));

return (color * i.diffuse) + i.specular;
}
</pre>
 
실제로 이 결과를 적용하면 평균을 낸 이전 예제보다 크게 차이가 나지 않습니다. 
 
<img alt='mosaic_shader_2.png' src='/SysWebRes/bbs/mosaic_shader_2.png' /> 
 
위의 화면에서 왼쪽은 구간 평균이고, 오른쪽은 대표 색입니다.

<hr />[이 글에 대해서 여러분들과 의견을 공유하고 싶습니다. 틀리거나 미흡한 부분 또는 의문 사항이 있으시면 언제든 댓글 남겨주십시오.]

</div>

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