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辫子

这里的东东都转到了:hi.baidu.com/fairzy

 
 
 

日志

 
 

opengl入门学习(十三)[转]  

2008-07-29 17:19:43|  分类: OpenGL |  标签: |举报 |字号 订阅

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前一段时间里,论坛有位朋友问什么是状态机。按我的理解,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。

还是没理解?呵呵,看来这真不是个好的开始呀,难得等了这么久,好不容易教程有更新了,怎么如此的难懂啊??没关系,实在没理解,咱就不理解它了。接着往下看。

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。

……

呵呵,很繁,是吧?“状态机”可以简化这个描述。

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[4];

glGetFloatv(GL_CURRENT_COLOR, cc);

// 取得当前的视口

GLint viewport[4];

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[4];

GLdouble dcc[4];

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

教程都放到第十三课了,但是我一直没有对“工作流程”这种东西做过说明。OpenGL是按照什么样的流程来进行工作的呢?下面的图片可以简要的说明一下:

声明:该图片来自www.opengl.org,该图片是《OpenGL编程指南》一书的附图,由于该书的旧版(第一版,1994年)已经流传于网络,我希望没有触及到版权问题。

因为图片中的文字是英语,这里还翻译一下。说明文字也夹杂在翻译之中了。

1. 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。

2. 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。

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

4. 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。

5. 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)

6. 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。

7. 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)。

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

9. 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。

10. 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。

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