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  2. 2011.07.04 [StartD2D-4] WIC 를 이용한 이미지 작업하기 (3)

[StartD2D-8] 투명 이미지 다루기

DirectX 11 2011.09.28 08:00 Posted by 조진현


이번 시간에 다룰 것은 투명 이미지 입니다.
얼마 전 댓글로 문의하신 내용인데 답변을 달기가 조금 부족한 듯 싶어서,
이렇게 별도로 아티클(?)로 남깁니다.

예전에 Win32 API 로 알파가 있는 이미지를 표현하는 작업은 무척 번거로운 작업이였습니다.
이미지 색상에 알파가 고려되어지면, 각 색상 성분마다 알파 연산을 해주어야 합니다.
또한 RGB 각 성분이 8비트씩 사용하는데 A성분이 추가되어지면서,
다시 8비트의 추가 데이터들이 각 색상값들에 필요하게 됩니다.
용량이 커지면 성능에 문제가 생기게 되는 것은 당연한 일입니다.

그래서 이를 흉내내기 위한 대안으로 마련된 것이 ColorKey 라고 불리는 기법입니다.
이 기법은 이미지 내의 특정 색상을 표현하지 않음으로써 구현됩니다.
아래의 그림을 예로 들어보겠습니다.



이미지 내에서 배경이 모두 붉은 색으로 되어있습니다.
이런 경우에 붉은 색을 ColorKey로 지정해서 데이터를 읽지 않는 것입니다.
그러면, 캐릭터 관련 색상만 메모리에 기록되게 됩니다.
이 방법을 사용하면 24비트 비트맵만으로 캐릭터를 표현할 수 있습니다.
주의해야 할 점은,
ColorKey 에 해당하는 색상 값을 아티스트들에게 사용하지 말 것에 대한
사전 협의가 있어야 겠지요.

아쉽게도(?) Direct2D에서 이 ColorKey 사용에 대한 API를 찾지 못했습니다.
( Direct3D 에는 있습니다.^^ )

사실 ColorKey 방식이 널리 이용되긴 하지만,
근본적으로 알파 처리를 이용하며 관련 효과를 모두 구현할 수 있습니다.
그렇기 때문에, 굳이 ColorKey 를 염두할 필요성은 없습니다.

이번에 샘플에 사용한 이미지는 알파가 있습니다.

 


우측의 흑백 이미지가 알파 성분만 표현한 이미지 입니다.
당연히 검은 부분은 알파 성분이 0 이기 때문에
해당 영역은 화면에 표현되지 않을 것입니다.

이번에 살펴볼 샘플은 아래와 같습니다.



똑같은 이미지 파일에서 데이터를 읽었지만,
위의 그림은 알파 처리가 되어서 동물 부분만 출력이 되었습니다.
하지만 아래 부분은 알파처리가 이루어지지 않아서 이미지 영역이 모두 출력되었습니다.

이번 결과의 차이는 WIC를 이용한 것입니다.
우리가 지금껏 무심코(?) 지나쳤던 WIC의 컨버터를 기억하십니까?


제가 이번 샘플을 위해서 약간 개량을 했습니다.
두 사용법에 별 차이는 없지만, GUID_WICPixelFormat... 부분이 보일 것입니다.
이 인자가 바로 두 이미지의 차이를 만들어낸 부분입니다.
즉, 컨버터에서 데이터를 어떤 포맷으로 읽어들일지를 설정하는 부분입니다.

첫번째는 알파처리를 수행하는 방법으로 데이터를 읽어들입니다.
GUID_WICPixelFormat32bppPBGRA는
4개의 색상 채널을 가지고 채널당 8개의 비트를 가지고 있으며,
픽셀 당 32비트를 표현하며 UINT로 각 색상이 저장되어 있는 포맷을 의미합니다.

두번째 알파처리를 하지 않는 GUID_WICPixelFormat32bppBGR은
3개의 색상 채널과 8비트로 각 채널을 표현하는 32비트 픽셀 포맷을 의미합니다.
이 포맷도 UINT로 각 색상 성분을 표현합니다.
이 경우에는 알파 채널이 존재하지만, 실제로 읽어들이지 않습니다.
즉, 알파 채널을 무시하는 것입니다.

관련 포맷이 매우 방대하기 때문에, 여기서 더 이상 자세히 다루지 않습니다.
중요한 것은 이 컨버터 덕분에 별다른 수고 없이 알파 처리를 쉽게 수행할 수 있습니다.

Direct2D 가 사실 많은 부분을 우리가 모르게 자동적으로 처리하는 부분이 많이 있습니다.
Direct2D에서는 프로퍼티를 생성하는 부분들이 많이 있습니다.
예를 들면 다음과 같은 것들입니다.



사실 이 프로퍼티 정보들을 별도로 설정하지 않으면,
자동적으로 Direct2D에서 처리를 해버립니다.
혹은 디폴트 생성자들이 모두 들어있습니다.
자동적으로 처리되는 부분들 이외의 기능이 필요하다면,
이들을 잘 제어해야만 하겠지요..^^

부족하지만 샘플을 참조해 드립니다..^^

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이번 시간에는 직접 이미지를 화면에 표현하는 방법에 대해서 언급합니다.

Win32 API를 이용할 때, 우리는 '비트맵(Bitmap)' 이라는

그래픽 데이터 포맷을 읽어서 화면에 그려주었습니다.

사람마다 차이는 있겠지만, 일반적으로 다음과 같은 순서를 따라서 구성했을 것입니다.

 

  1. 비트맵을 읽기 위해서 파일을 오픈한다.

  2. 파일에서 헤더를 읽어 들인다.


  3. 비트맵 헤더의 정보를 통해서 관련 메모리를 생성하고,

    파일에서 색상 데이터에 대한 정보를 읽는다.


  4. DIBSection 을 생성하고, 실제 데이터를 읽는다.
  5. 그리고 마무리 한다.

 

이 순서는 수 많은 방법 중에 하나일 뿐이지만,

기본적으로 파일을 열어서 헤더를 먼저 읽고, 관련 메모리를 생성하고,

이후에 실제 데이터를 채우게 되는 순서는 공통된 작업입니다.

Direct2D 에서도 이와 같이 작업을 해도 되지만,

이미 편의를 위해 만들어진 라이브러리를 사용해서 조금 더 확장성 있는 작업을 할 필요가 있습니다.

지금부터는 WIC를 이용한 간단한 이미지 뷰어 작업을 해보겠습니다.

  

WIC( Windows Imaging Component )

 

DirectX 가 윈도우 운영체제 전반으로 광범위하게 활용되면서,

이들과 관련한 내용들을 분리할 필요가 있었습니다.

과거까지는 DirectX 는 게임 개발자들의 전유물에 가까웠기 때문에,

다른 개발자들도 손쉬운 개념으로 접근할 수 있는 그런 분류가 필요했습니다.


결과적으로 아래와 같이 분류가 되었습니다.  

 

WIC는 모든 이미지를 쉽게 처리할 수 있도록 만들어낸 COM 기반의 프레임워크입니다.

그림에서 보듯이 WIC도 하나의 큰 영역으로서 자리 잡고 있습니다.

( 참고로 DXVA는 영상 처리를 위한 프레임워크입니다. )

 

WIC를 이용한 이미지 처리는 앞서 GDI 기반에서 작성했던 것과는 완전히 다릅니다.

WIC는 PNG, JPG, GIF 등과 같은 거의 모든 주요한 이미지 형식을 포함하고,

기본 코덱들을 지원하고 있습니다.

 

말이 참 어렵죠?

쉽게 말해서, Direct2D 기반에서 이미지 처리를 하려면 WIC를 사용하면 쉽게 할 수 있다는 것입니다.

우리는 이것을 사용하는 순서와 방법에 대해서 배우기 위해서,

윈도우 화면에 이미지를 그려주는 간단한 애플리케이션을 만들어 볼 것입니다.

 

 

기본 WIC 프로그래밍

 

애플리케이션 마법사로 새로운 프로젝트를 만들고, stdax.h 에 다음을 추가를 합니다.

 

'WindowsCodecs.lib'와 'wincodec.h' 가 바로 WIC를 사용하기 위해 추가시킨 것입니다.

눈치 빠른 분들이라면, 이름에서 약간 앞으로의 작업 방향을 예측할 수 있을 것입니다.

 

이번 프로젝트에서 사용할 전역 변수들은 아래와 같습니다.

 

 

익숙한 개념이 눈에 보이지 않으십니까?

바로 IWICImagingFactory 입니다. 네 그렇습니다~

WIC 도 바로 팩토리 형태로 생성이 됩니다.

 

추가된 변수들은 아래와 같은 절차에 의해 값이 채워집니다.

즉, 아래는 WIC의 처리 과정입니다.

 

  1. WIC 팩토리를 만든다.

  2. 파일 경로를 기반으로 해서 디코더를 만든다.

  3. 디코딩된 프레임을 가져온다.

  4. 변환기에 넣어서 Direct2D 형식으로 변환한다.

  5. Direct2D 비트맵을 생성하고, 이를 렌더링한다.

 

이제 위의 절차를 실제로 어떻게 처리하는지를 차근차근 살펴보겠습니다.

 

가장 먼저하는 초기화 작업입니다.

앞서 언급했듯이, WIC 도 팩토리 개념으로 생성됩니다.

COM 기반이기 때문에 API 인자들이 굉장히 어려워 보일 수도 있지만, 관심을 둘 부분은 아닙니다.

위와 같은 방법으로만 하면, WIC가 생성 되어진다는 개념으로만 인식하고 다음 단계로 넘어갑니다.

 

 

 

다음 단계는 디코더를 만들고, 이를 기반으로 해서 Direct2D 형식으로 데이터를 변환하는 것입니다.

이를 위해서 가장 먼저 해야 하는 일은

이미지를 읽어들이기 위한 디코더( Decoder )를 만드는 일입니다.


갑자기 등장한 생소한 용어에 조금 혼란스러울 것 같습니다.

우리가 사용하는 모든 멀티미디어 파일( 이미지, 영상, 사운드 등 )들은

굉장히 어려운 방법으로 압축이 되어있습니다.


이들에 대한 원리나 형식을 이해하는 것도 중요한 일일 수도 있지만,

이는 간단하게 본 페이지에서 설명할 수 있는 내용이 아닙니다.

물론 저도 이와 관련한 전문가는 더더욱 아닙니다.

우리는 단지 API만으로 이들에 대한 고민을 해결할 수 있습니다.

바로 그것이 WIC의 존재 이유 중 하나 일 것입니다.^^

 

즉, 우리는 이미 만들어진 API를 이용해서 손쉽게 이미지 파일을 읽어올 수 있습니다.

그런 역할을 하는 것이 바로 디코더입니다.

아래는 디코더를 가지고 실제 작업을 하는 부분입니다.

 

 

디코더는 WIC 팩토리 멤버함수로써 생성이 되어집니다.

우리가 사용했던 이 API의 원형은 다음과 같습니다.

<코드>

HRESULT CreateDecoderFromFilename(

[in] LPCWSTR wzFilename,

[in] const GUID *pguidVendor,

[in] DWORD dwDesiredAccess,

[in] WICDecodeOptions metadataOptions,

[out, retval] IWICBitmapDecoder **ppIDecoder

);

</코드>

 

이 API는 주어진 이미지 파일을 기반으로 해서 디코더를 생성해 줍니다.

첫 번째 인자로 파일명이 들어갑니다.

이 파일을 기반으로 해서 적합한 디코더를 생성해 주게 되는 것입니다.

예를 들어, PNG 파일이면 PNG에 대한 디코더가 필요하다고 인식하고,

그에 맞는 디코더를 자동적으로 생성해 주는 것입니다.

 

두 번째 인자는 선호하는 디코더 벤더(vendor)의 GUID를 입력해야 하는데, 지금은 NULL을 사용합니다.

 

세 번째 인자로는 디코더에 대한 접근 방법을 명시합니다.

읽기(read), 쓰기(write), 혹은 둘 다 가능한지를 넣어주면,

가장 최적화된 방법과 메모리 위치를 가지는 디코드를 생성해 줍니다.

위의 예제에서는 읽기용으로만 디코더를 만들었습니다.

 

네 번째 인자는 디코더의 캐시 관련 옵션입니다.

우리가 인자로 넘긴 WICDecodeMetadataCacheOnDemand는

필요한 이미지 정보만 캐시 하도록 옵션을 준 것입니다.

다음 번에 언급할 지도 모르지만, 하나의 이미지 파일에는 여러 이미지들을 포함하고 있을 수 있습니다.

예를 들면 GIF 애니메이션 이미지 같은 것들이다.

이런 경우에 유용하게 캐시하려면, 다른 옵션을 주어야 할 것입니다.

 

마지막 인자는 생성된 디코더를 저장할 디코더의 포인터입니다.

여기까지 작업하면, 우린 이제 파일을 읽은 디코더를 소유하게 되는 것입니다.

뭔가 절차 상으로 굉장히 복잡한 것처럼 느껴지죠?

 

 

다음으로 할 작업은 프레임(frame) 작업입니다.

프레임이라는 것은 실제 픽셀 데이터를 가지고 있는 비트맵입니다.

앞서 잠깐 언급했듯이, 하나의 이미지 파일은 여러 장의 이미지가 존재할 수 있습니다.

그런 경우를 대비해서 체크를 해야겠지만,

우린 여기서 단 하나의 프레임만이 존재한다고 가정할 것입니다.

디코더의 멤버 함수인 GetFrame()를 통해서 우린 가장 첫 번째 프레임을 얻을 수 있습니다.

이 프레임을 얻는다는 것은 우리가 화면에 표현할 수 있는 이미지를 얻었다는 것입니다.

 

이제 우리는 디코더를 통해서 이미지를 Direct2D에서 표현할 수 있도록

적절하게 변환을 해주어야
합니다.

CreateFormatConverter() API는 이를 위해서 컨버터를 만들어줍니다.

그리고 이 컨버터를 우리가 원하는 형태로 초기화를 시켜 줍니다.

컨버터의 멤버함수 Initialize() 는 이미지를 컨버팅 하면서

픽셀 정보를 보정해 줄 수 있는 많은 옵션을 가지고 있습니다.

이들 옵션에 대한 세부 설정을 하지 않았습니다.

그래서 위에 인자들 형태로 주면, 별다른 이미지의 수정 없이 32비트 포맷으로 남게 됩니다.

 

이제 마지막으로 실제 렌더링 가능한 형태의 메모리를 생성해야 합니다.

렌더타겟의 멤버함수인 CreateBitmapFromWicBitmap() API를 통해서 이 작업을 하게 됩니다.

여기까지 하면, 이미지를 렌더링 하기 위한 준비작업이 모두 끝난 것입니다.

 

저는 여기에 모든 옵션들을 나열하지 않습니다.

( 기본 목적인 이미지를 띄우는데 충실하고자 합니다.^^ )

 

 

생소한 API들이 눈에 많이 띄지만, 이들은 일련의 절차에 지나지 않습니다.

중요한 개념은 이미지를 읽어 들일 디코더를 만들고,

이 이미지 데이터를 Direct2D가 표현할 수 있는 픽셀 데이터로 변환하는 것입니다.

그리고 이 데이터를 렌더타겟에서 표현할 수 있는 비트맵으로 만들어서

렌더링 가능한 상태로 만듭니다.

위의 코드는 바로 이 개념들을 표현하고 있는 것입니다.

 

그러면 실제 WM_PAINT 메시지를 통해서 이들이 어떻게 화면에 그려야 하는지 살펴보겠습니다.

 

WM_PAINT 메시지에서는 렌더타겟이 존재하지 않는 경우, 렌더타겟을 생성합니다.

렌더 타겟이 존재한다면, 비트맵을 그리고 있습니다.

렌더타겟의 렌더링 작업도 BeginDraw() / EndDraw() 의 매커니즘 내부에서

특정 상태를 기반으로 작업을 수행하게 됩니다.

우리는 Clear() 라는 API를 통해서 렌더타겟의 메모리를 흰색으로 채우고 있습니다.

그리고 현재 우리가 이미지를 (0,0) 위치에 (300,300) 크기로 렌더링 합니다.

 

마법의 함수 DrawBitmap()

 

앞선 작업을 통해서 우린 Direct2D를 이용해서 이미지를 화면에 그릴 수 있었습니다.

만약 우리가 읽어 들인 이미지의 일부분만을 화면에 그리고 싶다면 어떻게 해야 할까요?

혹은 흐릿한 효과를 주고 싶다면 어떻게 해야 할까요?

굉장히 어려운 일들 같지만, 이들 기능은 DrawBitmap() 에 모두 옵션 인자로서 존재하고 있습니다.

( 무척 고마운 일이지요..^^ )

그렇기 때문에, 우리는 이 함수를 잘 사용할 수 있어야 합니다.

API의 원형은 다음과 같습니다.

 

<코드>

virtual void DrawBitmap(

[in] ID2D1Bitmap *bitmap,

[in, optional] const D2D1_RECT_F *destinationRectangle = NULL,

         FLOAT opacity = 1.0f,

D2D1_BITMAP_INTERPOLATION_MODE interpolationMode =

D2D1_BITMAP_INTERPOLATION_MODE_LINEAR

,

[in, optional] const D2D1_RECT_F *sourceRectangle = NULL

) = 0;

</코드>

 

첫 번째 인자는 우리가 렌더링 작업을 수행할 이미지입니다.

 

두 번째 인자부터는 옵션적으로 설정할 수 있다.

두 번째 인자는 렌더링 작업을 수행할 화면의 영역을 설정합니다.

NULL 로 설정한다면, 렌더타겟의 원점에 그리게 됩니다.

만약 이미지 크기보다 크게 설정된다면, 자동적으로 이미지를 확대해서 보여주게 됩니다.

 

세 번째 인자는 투명도를 설정합니다.

범위는 0.0~1.0 사이의 값으로 0.0은 투명한 상태를 나타내고 1.0은 불투명한 상태를 나타냅니다.

 

네 번째 인자는 우리가 렌더링하는 이미지가 회전을 하거나 크기가 조정되었을 때,

어떻게 부드럽게 보일 것인가에 대한 옵션을 설정하는 부분입니다.

즉, 보간( interpolation ) 옵션입니다.

 

마지막 인자는 원본 이미지에서 일정 영역을 보여주고 싶을 때 영역을 입력하는 옵션입니다.

이 때 단위는 해당 이미지 파일의 사이즈를 기준으로 영역을 설정해 주면 됩니다.

 

그러면, 간단하게 실제로 이미지의 일부 영역을 약간 투명하게 보여지는 것을 프로그램으로 구현해자면,

앞서 작성했던, 이미지 뷰어의 기능에서 DrawBitmap()만 변경해주면 됩니다.

 

<코드>

HRESULT hr = E_FAIL;

::g_ipRT->BeginDraw();

::g_ipRT->SetTransform( ::D2D1::Matrix3x2F::Identity() );

::g_ipRT->Clear( ::D2D1::ColorF( ::D2D1::ColorF::White ) );

                            

if( ::g_ipD2DBitmap != nullptr )

{

    ::D2D1_RECT_F dxArea = ::D2D1::RectF( 0.0f, 0.0f, 500.0f, 500.0f );

    ::D2D1_RECT_F dxSrc = D2D1::RectF( 0.0f, 0.0f, 250.0f, 250.0f );

    ::g_ipRT->DrawBitmap( ::g_ipD2DBitmap, dxArea, 0.3f,

D2D1_BITMAP_INTERPOLATION_MODE_LINEAR, &dxSrc );

                

}

hr = ::g_ipRT->EndDraw();                

</코드>

 

우리는 간단하게 DrawBitmap() 의 인자들만 변경해주는 것만으로 이미지의 일부 영역만을 보여주고,

투명도를 조절할 수 있음을 확인해 보았습니다.

각각의 값을 변경시키면서, 여러가지 아이디어를 구상해 보기 바랍니다. ^^


아래 소스코드를 첨부합니다..


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