WebGL
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1. 개요
WebGL은 웹 브라우저에서 3차원 그래픽을 렌더링하기 위한 API이다. 모질라 재단에서 시작된 캔버스 3D 연구를 통해 개발되었으며, 2006년에 프로토타입이 시연되었다. 2009년 크로노스 그룹에 의해 WebGL 워킹 그룹이 결성되었으며, 애플, 구글, 모질라, 오페라 등이 참여했다. WebGL 1.0은 OpenGL ES 2.0을 기반으로 2011년에 발표되었고, WebGL 2.0은 OpenGL ES 3.0을 기반으로 2017년에 완료되었다. WebGL은 HTML5 canvas 요소를 사용하며 자바스크립트를 통해 접근한다. ANGLE은 WebGL을 구현하는 오픈 소스 그래픽 엔진으로 윈도우에서 크롬과 파이어폭스의 기본 백엔드로 사용된다. 다양한 웹 브라우저와 모바일 환경에서 지원되며, 게임 엔진, 콘텐츠 제작 도구 등 다양한 도구와 생태계를 갖추고 있다. 과거에는 보안 문제가 있었으나, 현재는 해결되었다.
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| WebGL - [IT 관련 정보]에 관한 문서 | |
|---|---|
| 개요 | |
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| 종류 | API |
| 개발자 | 크로노스 그룹 WebGL 워킹 그룹 |
| 발표일 | 2011년 3월 3일 |
| 최신 버전 | 2.0 |
| 최신 버전 발표일 | 2017년 1월 17일 |
| 플랫폼 | 크로스 플랫폼 |
| 웹사이트 | WebGL 공식 웹사이트 |
2. 역사
WebGL은 모질라 소속 블라디미르 부키체비치(Vladimir Vukićević)가 2006년 시작한 캔버스 3D 실험에서 발전했다.[4] 초기에는 모질라와 오페라[5] 등이 각자 기술을 구현했으나, 2009년 비영리 단체 기술 컨소시엄인 크로노스 그룹이 애플, 구글, 모질라, 오페라 등 주요 기업들과 함께 WebGL 워킹 그룹을 시작하면서 표준화 작업이 본격화되었다. 이를 통해 WebGL은 웹 브라우저에서 3D 그래픽을 구현하는 주요 기술 표준으로 자리매김하게 되었다.
2. 1. 발전 과정
WebGL은 모질라 소속 블라디미르 부키체비치(Vladimir Vukićević)가 시작한 캔버스 3D 실험에서 발전했다. 부키체비치는 2006년에 처음으로 캔버스 3D 프로토타입 시연을 했다. 2007년 말까지 모질라[4]와 오페라[5]는 각자 독자적인 구현을 진행했다.2009년 초, 비영리 단체 기술 컨소시엄인 크로노스 그룹은 애플, 구글, 모질라, 오페라 등이 참여하는 WebGL 워킹 그룹을 시작했다. WebGL 기술은 크로노스 그룹에 의해 관리되며, 워킹 그룹 의장은 블라디미르 부키체비치가 맡았다.
2011년 3월, WebGL 1.0 표준 사양이 발표되었다. WebGL의 초기 응용 프로그램 중 하나는 자이고트 보디(Zygote Body)였다.[6][7] 2012년 11월, 오토데스크는 Fusion 360, AutoCAD 360 등 대부분의 애플리케이션을 WebGL 기반 클라이언트로 포팅했다고 발표했다.[8]
WebGL 2.0 사양 개발은 2013년에 시작되어 2017년 1월에 완료되었다.[9] 이 사양은 OpenGL ES 3.0을 기반으로 한다.[10] 첫 구현은 파이어폭스 51, 크롬 56, 오페라 43에 적용되었다.[11]
2. 2. 주요 사건
WebGL은 모질라 재단 소속 블라디미르 부키체비치가 시작한 캔버스 3D(Canvas 3D) 실험에서 발전했다. 부키체비치는 2006년에 처음으로 Canvas 3D 프로토타입을 시연했으며, 2007년 말까지 모질라[4]와 오페라[5]는 각각 자체적인 구현을 진행했다.2009년 초, 비영리 단체 기술 컨소시엄인 크로노스 그룹(Khronos Group)은 애플, 구글, 모질라, 오페라 소프트웨어(Opera Software) 등의 참여로 WebGL 워킹 그룹을 시작했다. WebGL 1.0 사양은 2011년 3월에 발표되었다.
초기 WebGL 응용 프로그램 중 하나로 자이고트 보디가 주목받았다.[6][7] 2012년 11월에는 오토데스크(Autodesk)가 자사의 주요 애플리케이션인 Fusion 360과 AutoCAD 360 등을 클라우드 기반의 WebGL 클라이언트로 포팅한다고 발표하며 기술의 활용 가능성을 보여주었다.[8]
WebGL 2 사양 개발은 2013년에 시작되어 2017년 1월에 완료되었다.[9] 이 사양은 OpenGL ES 3.0을 기반으로 하며,[10] Firefox 51, Chrome 56, Opera 43 등 주요 웹 브라우저에서 처음 구현되었다.[11]
3. 설계 및 구현
WebGL은 웹 브라우저에서 플러그인 없이 3D 그래픽을 렌더링하기 위한 자바스크립트 API 표준으로, 크로노스 그룹이 관리하는 로열티 없는 개방형 표준이다. 기본적으로 OpenGL ES 사양에 기반하며 웹 환경에 맞게 조정되었다. WebGL은 HTML5의 캔버스 요소 위에서 작동하고 문서 객체 모델(DOM) 인터페이스를 통해 제어되며, GPU 가속을 활용하여 효율적인 그래픽 처리를 지원한다. 다양한 플랫폼에서의 호환성을 위해 ANGLE과 같은 그래픽 엔진 추상화 계층을 통해 구현되기도 한다.
3. 1. 기술적 특징
WebGL 1.0은 OpenGL ES 2.0을 기반으로 하며 3차원 그래픽을 위한 API를 제공한다. WebGL은 HTML5 캔버스 요소를 사용하며, 문서 객체 모델 인터페이스를 사용하여 접근할 수 있다.WebGL 2.0은 OpenGL ES 3.0을 기반으로 한다. 이는 WebGL 1.0의 여러 선택적 확장 기능을 기본적으로 사용할 수 있게 보장하며 새로운 API를 노출한다. 자바스크립트 언어의 일부로서 자동 메모리 관리 기능이 제공된다.
WebGL의 셰이더는 GLSL로 작성되며, 텍스트 문자열 형태로 WebGL API에 전달된다. WebGL 구현은 이 문자열을 GPU 코드로 컴파일한다. 이 코드는 API를 통해 전달된 각 정점과 화면에 래스터화된 각 픽셀에 대해 실행된다.
OpenGL ES 2.0과 마찬가지로, WebGL은 OpenGL 1.0에서 도입되었으나 OpenGL 3.0에서 더 이상 사용되지 않는 고정 기능 API가 없다. 만약 이 기능이 필요하다면, 개발자는 셰이더 코드와 자바스크립트를 사용하여 직접 구현해야 한다.
3. 2. ANGLE (Almost Native Graphics Layer Engine)
Almost Native Graphics Layer Engine(ANGLE)은 WebGL 1.0(ES 3.0에 근접하게 부합하는 2.0) 및 OpenGL ES 2.0, 3.0 표준을 구현하는 오픈 소스 그래픽 엔진이다. 윈도우 플랫폼에서 크롬과 파이어폭스 모두의 기본 백엔드이며, WebGL 및 OpenGL 호출을 사용 가능한 플랫폼별 API로 변환하여 작동한다. ANGLE은 현재 데스크톱 OpenGL, OpenGL ES, Direct3D 9 및 Direct3D 11 API에 대한 OpenGL ES 2.0 및 3.0 접근을 제공한다.[12] 구글 크롬은 가속 Canvas2D 구현 및 네이티브 클라이언트 샌드박스 환경을 포함하여 윈도우에서 모든 그래픽 렌더링에 ANGLE을 사용한다.[12]4. 지원 브라우저
WebGL은 다양한 웹 브라우저에서 지원된다. 주요 데스크톱 및 모바일 브라우저의 최신 버전은 대부분 WebGL 1.0을 지원하며[67], 구체적인 지원 브라우저 목록은 하위 섹션에서 확인할 수 있다.
WebGL 1.0을 이용하기 위해서는 그래픽 하드웨어(GPU)가 WebGL 1.0 (OpenGL ES 2.0 상당 기능)을 지원해야 한다. WebGL은 구현 방식을 특정하지 않는 API 규격이므로, 백엔드에서 하드웨어 벤더가 제공하는 OpenGL/OpenGL ES 레이어를 직접 사용할 수도 있고, 다른 방식을 사용할 수도 있다. 또한 보안 문제로 인해 `GL_ARB_robustness` (OpenGL 3.2) 또는 `GL_EXT_robustness` (OpenGL ES 2.0) 확장을 지원해야 한다.
WebGL 2.0을 지원하기 위한 요구 사항은 플랫폼별로 다르다. 마이크로소프트 윈도우에서는 DirectX 11, macOS에서는 OpenGL 4.1, 리눅스에서는 OpenGL 3.3 및 일부 확장이 필요하며, 그 외 플랫폼에서는 OpenGL ES 3.0이 필요하다[68].
참고로, 윈도우 버전의 크롬 및 파이어폭스는 하드웨어 벤더가 제공하는 윈도우용 OpenGL 드라이버 대신, ANGLE[69]이라는 라이브러리를 통해 내부적으로 Direct3D를 사용하여 WebGL을 구현한다[70]. 이는 드라이버 호환성 문제를 줄이기 위한 방법이다.
하드웨어 가속의 이점은 없지만, Mesa의 Off-screen rendering extension (libosmesa6) 등을 이용하면 소프트웨어 렌더링 방식으로도 WebGL을 실행할 수 있다.
일부 구형 하드웨어나 특정 드라이버 환경에서는 WebGL 기능이 제한될 수 있다. 각 브라우저는 안정성 문제 등을 이유로 특정 GPU를 차단하는 블랙리스트를 가지고 있으며, 이 목록에 포함된 GPU 환경에서는 사용자가 직접 설정을 변경하여 WebGL을 강제로 활성화해야 할 수도 있다(이 경우 발생할 수 있는 문제에 대한 책임은 사용자 본인에게 있다). OpenGL 3.2를 완벽하게 지원하지 않는 환경에서도 유사한 문제가 발생할 수 있다.
4. 1. PC
- Microsoft Edge
- 구글 크롬 8 이후 (8은 설정 필요, 9부터 기본적으로 활성화)
- Internet Explorer 11
- 모질라 파이어폭스 4 이후
- 오페라 12 이후[66] (12는 설정 필요, 15부터 기본적으로 활성화)
- 사파리 5.1 이후 (5.1은 설정 필요, 8부터 기본적으로 활성화)
4. 2. 모바일
WebGL은 다양한 모바일 웹 브라우저에서도 지원된다. 주요 모바일 플랫폼 및 브라우저별 지원 현황은 다음과 같다.| 플랫폼/브라우저 | 지원 버전 (WebGL 1.0) | 지원 버전 (WebGL 2.0) | 비고 |
|---|---|---|---|
| 안드로이드 브라우저 | 안드로이드 5.0 이상 (크롬 웹뷰 기반)[39] | 크롬 114 이상[39] | 일부 4.x 기기에서 실험적으로 지원[38] |
| 블랙베리 10 | OS 버전 10.00 이상[40] | - | |
| 블랙베리 플레이북 | PlayBook OS 2.00 이상[41] | - | WebWorks 및 브라우저 통해 사용 가능 |
| Edge (모바일) | Windows 10 Mobile (접두사 필요)[46] | - | |
| 파이어폭스 포 모바일 | 버전 4 이상 (안드로이드, MeeGo)[42][43] | - | 파이어폭스 OS에서도 지원[43] |
| 크롬 포 안드로이드 | 버전 25 이상 (버전 30부터 기본 활성화)[44] | 버전 114 이상[39] | GPU 블랙리스트에 따라 작동하지 않을 수 있음. `chrome://flags` 설정으로 강제 활성화 가능 (사용자 책임) |
| Internet Explorer Mobile | 버전 11 이상 (Windows Phone 8.1) (접두사 필요) | - | |
| Maemo (노키아 N900) | PR1.2 펌웨어 업데이트 이상 (기본 microB 브라우저)[45] | - | |
| MeeGo | 파이어폭스 4 이상 필요[43] | - | 기본 브라우저에서는 미지원 |
| Opera Mobile | 버전 12 이상 (안드로이드만 해당)[47] | - | |
| 모바일 사파리 (iOS) | iOS 8 이상[48] | iOS 15 이상[39] | iOS 5~7 버전에서는 iAd 광고만 제한적으로 지원 |
| Sailfish OS | 지원[49] | - | 기본 브라우저에서 지원 |
| Tizen | 버전 1.0 이상[50] | - |
5. 도구 및 생태계
WebGL 기술이 발전하면서 이를 기반으로 한 다양한 개발 도구와 라이브러리, 플랫폼들이 등장하여 풍부한 웹 개발 생태계를 형성하고 있다. 복잡한 3D 그래픽 작업을 단순화하는 고수준 유틸리티 라이브러리부터, 웹 기반 게임 개발을 가능하게 하는 게임 엔진, 그리고 콘텐츠 제작과 공유를 돕는 도구 및 플랫폼에 이르기까지 다양한 요소들이 WebGL 생태계를 구성한다. 또한, 브라우저에 내장된 개발 도구나 디버깅 도구들은 개발자들이 WebGL을 보다 효율적으로 활용할 수 있도록 지원한다. 이러한 도구들과 활발한 커뮤니티 활동은 WebGL 기술의 접근성을 높이고 응용 범위를 지속적으로 확장하는 데 중요한 역할을 하고 있다.
5. 1. 유틸리티
WebGL API는 그 자체만으로 복잡한 3D 그래픽을 빠르게 생성하는 데 필요한 기능을 충분히 제공하지 못하는 경우가 많다. 이러한 한계를 극복하고 개발 편의성을 높이기 위해, 일반적인 3D 그래픽 작업을 추상화하는 상위 레벨 라이브러리들이 등장했다. 이 라이브러리들은 특정 형식의 씬 그래프나 3D 객체를 불러오거나, 선형 변환을 셰이더 또는 뷰 프러스텀에 적용하는 등의 복잡한 과정을 단순화해준다. 일부 라이브러리는 다른 프로그래밍 언어에서 JavaScript로 포팅되기도 했다.고급 기능을 제공하는 대표적인 상위 레벨 라이브러리는 다음과 같다.
- A-Frame (VR)
- BabylonJS
- PlayCanvas
- three.js
- OSG.JS
- 구글의 model-viewer
- CopperLicht
이 외에도 WebGL 개발을 위한 다양한 라이브러리가 존재한다.
- WebGLU (최초 공개 라이브러리 중 하나)
- GLGE
- C3DL
- SpiderGL
- SceneJS
- Processing.js
- XB
- bsWebGL
- 포인트스트림
- PixiJS
또한, Web3D 컨소시엄은 X3D 및 VRML 형식의 콘텐츠를 WebGL 환경에서 실행할 수 있도록 하는 X3DOM 프로젝트를 진행하고 있다.
5. 2. 게임 엔진
WebGL용 2D 및 3D 게임 엔진이 등장했다.[51] 대표적인 예로는 언리얼 엔진 4와 유니티가 있다.[52] Stage3D/Flash 기반의 고수준 라이브러리였던 Away3D 역시 TypeScript를 통해 WebGL로 포팅되어 활용되고 있다.[20][53]Cocos2d-x나 Pixi.js와 같이 WebGL을 기반으로 구축된 2D 라이브러리들도 존재한다. 이러한 라이브러리들은 성능 향상을 위해 WebGL을 활용하며, WebGL 사용이 불가능한 환경에서는 HTML5 캔버스로 자동 전환되는 기능을 제공하기도 한다.[57]
WebGL은 GPU에 직접 접근하여 렌더링 병목 현상을 해소하지만, 이로 인해 자바스크립트 자체의 성능 한계가 드러나기도 했다. 이러한 문제점은 asm.js나 WebAssembly와 같은 기술을 통해 일부 해결되고 있다.[57]
5. 3. 콘텐츠 제작 도구
다른 그래픽 API와 마찬가지로, WebGL 장면의 콘텐츠를 만들려면 3D 콘텐츠 제작 도구를 사용하고 장면을 뷰어나 도우미 라이브러리에서 읽을 수 있는 형식으로 내보내야 한다. 블렌더, 오토데스크 마야, SimLab Composer와 같은 데스크톱 3D 저작 소프트웨어를 이 목적으로 사용할 수 있다. 특히 Blend4Web를 사용하면 WebGL 장면을 블렌더에서 완전히 제작하고 클릭 한 번으로 브라우저로 내보낼 수 있으며, 독립 실행형 웹 페이지로도 내보낼 수 있다.[58] CopperCube 및 온라인 WebGL 기반 편집기 Clara.io와 같은 WebGL 관련 소프트웨어도 있다. Sketchfab 및 Clara.io와 같은 온라인 플랫폼을 통해 사용자는 3D 모델을 직접 업로드하고 호스팅된 WebGL 뷰어를 사용하여 표시할 수 있다.5. 4. 환경 기반 도구
파이어폭스 버전 27부터 모질라는 파이어폭스에 정점 및 프래그먼트 셰이더를 편집할 수 있는 내장 WebGL 도구를 제공했다.[59] 또한, 다수의 다른 디버깅 및 프로파일링 도구도 등장했다.[60]6. 보안 문제
2011년 5월 9일, WebGL 기술에서 심각한 보안 구멍이 발견되었다는 지적이 있었다.[74] 주요 문제점은 두 가지였으나, 현재는 모두 해결되었다.
첫 번째 문제는 서비스 거부(DoS) 공격 가능성이었다. WebGL은 제어 구조를 지원하는 프로그래밍 가능 셰이더를 사용하는데, 만약 GPU 자체에 버그가 있다면, 이를 악용하여 OS 전체를 충돌시키거나 무한 루프를 발생시켜 장치 드라이버의 응답을 멈추게 하는 셰이더 프로그램을 실행할 수 있었다.
두 번째 문제는 크로스 도메인 이미지 탈취였다. 당시 WebGL은 Cross-Origin Resource Sharing(CORS) 표준을 제대로 지원하지 않아, 다른 도메인(웹사이트)에서 사용되는 이미지를 무단으로 가져올 수 있는 취약점이 있었다.
이러한 규격 자체의 취약성 때문에, 미국의 보안 기관인 US-CERT는 웹 브라우저에서 WebGL 기능을 비활성화할 것을 권고하기도 했다.[75]
초기에 파이어폭스 4와 크롬 12 버전에서는 WebGL이 기본적으로 활성화되어 있었기 때문에, 사용자가 직접 설정을 변경하여 WebGL을 비활성화해야 보안 문제를 피할 수 있었다. 이후 브라우저 업데이트를 통해 문제가 해결되었다. 크롬 13 버전에서는 크로스 도메인 문제가 수정되었고, 파이어폭스 5에서는 크로스 도메인 관련 기능이 비활성화되었다가, 파이어폭스 8부터 Cross-Origin Resource Sharing을 지원하게 되었다.
DoS 공격 문제는 GL_ARB_robustness[76](OpenGL 3.2) 또는 GL_EXT_robustness[77](OpenGL ES 2.0) 확장 기능을 지원하는 웹 브라우저로 사용을 제한함으로써 해결되었다.[78][79]
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