OpenGL-------状态机

状态机就是一种存在于理论中的机器，它具有以下的特点：

1. 它有记忆的能力，能够记住自己当前的状态。

2. 它可以接收输入，根据输入的内容和自己的状态，修改自己的状态，并且可以得到输出。

3. 当它进入某个特殊的状态（停机状态）的时候，它不再接收输入，停止工作。

理论说起来很抽象，但实际上是很好理解的。

首先，从本质上讲，我们现在的电脑就是典型的状态机。可以对照理解：

1. 电脑的存储器（内存、硬盘等等），可以记住电脑自己当前的状态（当前安装在电脑中的软件、保存在电脑中的数据，其实都是二进制的值，都属于当前的状态）。

2. 电脑的输入设备接收输入（键盘输入、鼠标输入、文件输入），根据输入的内容和自己的状态（主要指可以运行的程序代码），修改自己的状态（修改内存中的值），并且可以得到输出（将结果显示到屏幕）。

3. 当它进入某个特殊的状态（关机状态）的时候，它不再接收输入，停止工作。

OpenGL也可以看成这样的一种机器。让我们先对照理解一下：

1. OpenGL可以记录自己的状态（比如：当前所使用的颜色、是否开启了混合功能，等等，这些都是要记录的）

2. OpenGL可以接收输入（当我们调用OpenGL函数的时候，实际上可以看成OpenGL在接收我们的输入），根据输入的内容和自己的状态，修改自己的状态，并且可以得到输出（比如我们调用glColor3f，则OpenGL接收到这个输入后会修改自己的“当前颜色”这个状态；我们调用glRectf，则OpenGL会输出一个矩形）

3. OpenGL可以进入停止状态，不再接收输入。这个可能在我们的程序中表现得不太明显，不过在程序退出前，OpenGL总会先停止工作的。

为什么我要提到“状态机”这个枯燥的、晦涩的概念呢？其实它可以帮助我们理解一些东西。

比如我在前面的教程里面，经常说：

可以使用glColor*函数来选择一种颜色，以后绘制的所有物体都是这种颜色，除非再次使用glColor*函数重新设定。

可以使用glTexCoord*函数来设置一个纹理坐标，以后绘制的所有物体都是采用这种纹理坐标，除非再次使用glTexCoord*函数重新设置。

可以使用glBlendFunc函数来指定混合功能的源因子和目标因子，以后绘制的所有物体都是采用这个源因子和目标因子，除非再次使用glBlendFunc函数重新指定。

可以使用glLight*函数来指定光源的位置、颜色，以后绘制的所有物体都是采用这个光源的位置、颜色，除非再次使用glBlendFunc函数重新指定。

OpenGL是一个状态机，它保持自身的状态，除非用户输入一条命令让它改变状态。

颜色、纹理坐标、源因子和目标因子、光源的各种参数，等等，这些都是状态，所以这一句话就包含了上面叙述的所有内容。

此外，“是否启用了光照”、“是否启用了纹理”、“是否启用了混合”、“是否启用了深度测试”等等，这些也都是状态，也符合上面的描述：OpenGL会保持状态，除非我们调用OpenGL函数来改变它。

取得OpenGL的当前状态

OpenGL保存了自己的状态，我们可以通过一些函数来取得这些状态。

首先来说一些启用/禁用的状态。

我们通过glEnable来启用状态，通过glDisable来禁用它们。例如：

glEnable(GL_DEPTH_TEST);

glEnable(GL_BLEND);

glEnable(GL_CULL_FACE);

glEnable(GL_LIGHTING);

glEnable(GL_TEXTURE_2D);

可以用glIsEnabled函数来检测这些状态是否被开启。例如：

glIsEnabled(GL_DEPTH_TEST);

glIsEnabled(GL_BLEND);

glIsEnabled(GL_CULL_FACE);

glIsEnabled(GL_LIGHTING);

glIsEnabled(GL_TEXTURE_2D);

如果状态是开启的，则glIsEnabled函数返回GL_TRUE（这是一个不为零的常量，一般被定义为1）；否则返回GL_FALSE（这是一个常量，其值为零）

我们可以在程序里面写：

if( glIsEnabled(GL_BLEND) ) {

     // 当前开启了混合功能

} else {

     // 当前没有开启混合功能

}

再看其它类型的状态。

比如当前颜色，其值是四个浮点数，当前设置的直线宽度，其值是一个浮点数，当前的视口（Viewport，参见第五课），其值是四个整数。

为了取得整数类型、浮点数类型的状态，OpenGL提供了glGetBooleanv, glGetIntegerv, glGetFloatv, glGetDoublev这四个函数。调用函数时，指定需要得到的状态的名称，以及需要将状态值存放到的位置（一个指针），则这四个函数可以把状态值存放到指针所值位置。例如：

// 取得当前的直线宽度

GLfloat lw;

glGetFloatv(GL_LINE_WIDTH, &lw);

// 取得当前的颜色

GLfloat cc[];

glGetFloatv(GL_CURRENT_COLOR, cc);

// 取得当前的视口

GLint viewport[];

glGetIntegerv(GL_VIEWPORT, viewport);

说明：

1. 注意元素的个数。比如GL_LINE_WIDTH状态只有一个值，而GL_CURRENT_COLOR有四个值。应该小心的定义变量或者数组，避免下标越界。

2. 使用四个不同的函数，同一种状态也可以返回为不同类型的值。比如要得到当前的颜色，一般可以返回GLfloat类型或者GLdouble类型。代码如下：

GLfloat cc[];

GLdouble dcc[];

glGetFloatv(GL_CURRENT_COLOR, cc);

glGetDoublev(GL_CURRENT_COLOR, dcc);

glGetBooleanv, glGetIntegerv, glGetFloatv, glGetDoublev这四个函数可以得到OpenGL中多数的状态，但是还有一些状态不便用这四个函数来取得。比如光源的状态，因为可能有多个光源，所以不可能使用类似glGetFloatv(GL_LIGHT_POSITION, pos);这样的方法来得到光源位置。为了解决这个问题，OpenGL专门提供了glGetLight*系列函数，来取得光源的状态。

类似的，还有glGetMaterial*, glGetTexParameter*等，每个函数都有自己的适用范围。

设置OpenGL状态

呵呵，读者可能会有疑问。既然有getXXX这样的函数来取得OpenGL的状态，那么为什么没有setXXX这样的函数来设置OpenGL状态呢？

答案很简单，因为OpenGL已经提供了大量的函数来设置状态了：glColor*, glMaterial*, glEnable, glDisable, 等等，大多数OpenGL函数都是用来设置OpenGL状态的，因此不需要再设计一个setXXX函数来设置OpenGL状态。

从“状态机”的角度来看。状态机根据输入来修改自己的状态，而不是由外界直接修改自己的状态。所以不设置setXXX这样的函数，也是很合理的。

OpenGL工作流程

. Vertex data: 顶点数据。比如我们指定的颜色、纹理坐标、法线向量、顶点坐标等，都属于顶点数据。

. Pixel data: 像素数据。我们在绘制像素、指定纹理时都会用到像素数据。

. Display list: 显示列表。可以把调用的OpenGL函数保存起来。（参见第八课）

. Evaluators: 求值器。这个我们在前面的课程中没有提到，以后估计也不太会提到。利用求值器可以指定贝赛尔曲线或者贝赛尔曲面，但是实际上还是可以理解为指定顶点、指定纹理坐标、指定法线向量等。

. Per-vertex operations and primitive assembly: 单一的顶点操作以及图元装配。首先对单一的顶点进行操作，比如变换（参见第五课）。然后把顶点装配为图元（图元就是OpenGL所能绘制的最简单的图形，比如点、线段、三角形、四边形、多边形等，参见第二课）

. Pixel operations: 像素操作。例如把内存中的像素数据格式转化为图形硬件所支持的数据格式。对于纹理，可以替换其中的一部分像素，这也属于像素操作。

. Rasterization: 光栅化。顶点数据和像素数据在这里交汇（可以想像成：顶点和纹理，一起组合成了具有纹理的三角形），形成完整的、可以显示的一整块（可能是点、线段、三角形、四边形，或者其它不规则图形），里面包含若干个像素。这一整块被称为fragment（片段）。

. Per-fragment operations: 片段操作。包括各种片段测试（参见第十二课）。

. Framebuffer: 帧缓冲。这是一块存储空间，显示设备从这里读取数据，然后显示到屏幕。

. Texture assembly: 纹理装配，这里我也没怎么弄清楚:(，大概是说纹理的操作和像素操作是相关的吧。

说明：图片中实线表示正常的处理流程，虚线表示数据可以反方向读取，比如可以用glReadPixels从帧缓冲中读取像素数据（实际上是从帧缓冲读取数据，经过像素操作，把显示设备中的像素数据格式转化为内存中的像素数据格式，最终成为内存中的像素数据）。

小结

本课是枯燥的理论知识。

OpenGL是一个状态机，它维持自己的状态，并根据用户调用的函数来改变自己的状态。根据状态的不同，调用同样的函数也可能产生不同的效果。

可以通过一些函数来获取OpenGL当前的状态。常用的函数有：glIsEnabled, glGetBooleanv, glGetIntegerv, glGetFloatv, glGetDoublev。

OpenGL的工作流程，输入像素数据和顶点数据，两种数据分别操作后，通过光栅化，得到片段，再经过片段处理，最后绘制到帧缓冲区。绘制的结果也可以逆方向传送，最终转化为像素数据。