쉐이더 프로그래밍 가이드: RGB에서 HSV로 – 컬러 스페이스 변환 이해하기

컬러 스페이스와 색상 이론은 그래픽스 개발과 쉐이더 프로그래밍에서 중요한 개념입니다. 이를 이해하는 것은 물체의 색상을 정확하게 표현하고, 사용자에게 시각적으로 만족스러운 경험을 제공하는 데 필수적입니다. 본 글에서는 컬러 스페이스와 색상 이론의 기본 개념을 설명하고, OpenGL을 사용한 쉐이더 프로그램 예제 코드를 통해 이를 실제 어플리케이션에 어떻게 적용할 수 있는지 보여드리겠습니다.

 

 쉐이더 프로그래밍 가이드: RGB에서 HSV로 – 컬러 스페이스 변환 이해하기

 

 쉐이더 프로그래밍 가이드: RGB에서 HSV로 – 컬러 스페이스 변환 이해하기

 

1. 컬러 스페이스와 색상 이론 개요

2. OpenGL 쉐이더로 RGB에서 HSV로 변환

 

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컬러 스페이스와 색상 이론 개요

컬러 스페이스는 색상을 수학적 모델을 사용하여 표현하는 방식입니다. 가장 일반적인 컬러 스페이스로는 RGB(Red, Green, Blue), HSV(Hue, Saturation, Value), 그리고 CMYK(Cyan, Magenta, Yellow, Key(black))가 있습니다. 

프로그래밍적으로 보면 전체적으로 값은 0~1로 작성합니다. 0~255로 할때도 있습니다.

1. RGB 컬러 스페이스
원리: RGB는 빛의 삼원색을 기반으로 합니다. 각 색상은 0부터 255까지의 값으로 표현되며, 이 세 가지 색의 조합으로 다양한 색을 만들어냅니다.
용도: 주로 디스플레이 장치(모니터, TV, 스마트폰 화면 등)에서 사용됩니다. 디지털 환경에서의 색상 표현에 최적화되어 있습니다.

https://www.ionos.ca/digitalguide/websites/web-design/rgb-color/

 

2. HSV 컬러 스페이스
원리: 색상(Hue), 채도(Saturation), 명도(Value)의 세 가지 요소로 색상을 정의합니다. Hue는 색상 자체를, Saturation은 색상의 강도를, Value는 색상의 밝기를 나타냅니다.
용도: 색상 조정과 조화를 위한 디자인 작업에 유용합니다. 사용자가 색상을 보다 직관적으로 이해하고 조작할 수 있게 돕습니다.

http://www.ece.northwestern.edu/IT/local-apps/matlabhelp/toolbox/images/color11.html

3. CMYK 컬러 스페이스
원리: 시안(Cyan), 마젠타(Magenta), 노랑(Yellow), 키(Key, 검정)의 네 가지 잉크 색상을 기반으로 합니다. 이 색상들의 조합으로 다양한 색상을 생성합니다.
용도: 주로 인쇄 매체에서 사용됩니다. 디지털에서 종이로의 전환 시 색상의 일관성을 유지하는 데 필수적입니다.

 

https://help.lulu.com/en/support/solutions/articles/64000280479-color-differences

OpenGL 쉐이더로 RGB에서 HSV로 변환

다음은 OpenGL의 GLSL(OpenGL Shading Language)을 사용하여 RGB 컬러 스페이스에서 HSV 컬러 스페이스로 변환하는 쉐이더 코드 예제입니다. 이 예제는 픽셀 쉐이더(또는 프래그먼트 쉐이더)에서 구현되었습니다.

vec3 rgb2hsv(vec3 c)
{
    vec4 K = vec4(0.0, -1.0 / 3.0, 2.0 / 3.0, -1.0);
    vec4 p = mix(vec4(c.bg, K.wz), vec4(c.gb, K.xy), step(c.b, c.g));
    vec4 q = mix(vec4(p.xyw, c.r), vec4(c.r, p.yzx), step(p.x, c.r));

    float d = q.x - min(q.w, q.y);
    float e = 1.0e-10;
    return vec3(abs(q.z + (q.w - q.y) / (6.0 * d + e)), d / (q.x + e), q.x);
}

vec3 hsv2rgb(vec3 c)
{
    vec4 K = vec4(1.0, 2.0 / 3.0, 1.0 / 3.0, 3.0);
    vec3 p = abs(fract(c.xxx + K.xyz) * 6.0 - K.www);
    return c.z * mix(K.xxx, clamp(p - K.xxx, 0.0, 1.0), c.y);
}

 

이 코드는 RGB 컬러 값을 입력으로 받아 HSV 컬러 값을 출력합니다. 이를 통해 색상의 채도, 명도 등을 조절할 수 있게 됩니다. 예를 들어, 색상의 명도를 조절하여 밝기 효과를 만들거나, 색상의 채도를 조절하여 색상을 더 풍부하게 만들 수 있습니다.(출처 : https://gist.github.com/983/e170a24ae8eba2cd174f)

 

컬러 스페이스와 색상 이론을 이해하고 적절히 활용하는 것은 그래픽스 개발에서 중요한 기술입니다. 이를 통해 사용자에게 보다 풍부하고 정확한 색상 경험을 제공할 수 있습니다. 위에 제시된 예제 코드를 활용하여 실제 개발 환경에서 다양한 색상 조작과 효과를 실험해 보세요.

 

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