第3章 状态机与输出目标对照

第 3 章 · 状态机与输出目标对照

章节摘要：着色公式在可编程阶段，但像素最终能否留下、如何与旧像素合并，仍由一套固定功能状态决定：深度测试、面剔除、混合、帧缓冲绑定。本章对照 CPU 算矩阵与 GPU 做乘法、覆盖写与混合写、深度测试与面剔除、默认屏幕与离屏目标。读完你应能解释：为什么半透明必须改混合而不能只改着色器，为什么后处理必须换绑定而不能只加一行 FS。

先说结论

阅读完本章，你应当能够：

1. 对照模型、视图、投影三个空间，并说明乘法顺序写在 CPU 还是 VS
2. 区分清屏覆盖、不透明覆盖与混合写三种写颜色方式
3. 说明深度测试与面剔除各自砍掉什么，以及顺序如何影响结果
4. 画出默认画布帧缓冲与用户 FBO 的绑定切换
5. 指出后处理、阴影贴图、拾取为何都必须离屏

核心概念速览

金句：着色器决定“想写成什么颜色”，状态机决定“这块像素还让不让你写、怎么跟旧值合成”。

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3.1 变换：CPU 算矩阵 vs GPU 做乘法

MVP 链把模型空间送到裁剪空间。矩阵可以在 CPU 乘好只传一个 Uniform，也可以分传让 VS 乘。对照带宽、精度与骨骼动画需求。

3.2 颜色：覆盖写 vs 混合写

不透明物体是覆盖；半透明是混合函数。预乘与非预乘是合同。只改 FS 的 alpha 却不改 blendFunc，结果仍像不透明。

3.3 深度测试 vs 面剔除

剔除按绕序扔背面，深度按 z 决定遮挡。透明物体常要关深度写入。对照两者砍的是几何还是片元。

3.4 默认屏 vs 离屏帧缓冲

默认 FBO 连着 canvas。用户 FBO 把颜色与深度画到纹理，供下一趟采样。阴影、Bloom、延迟着色都走这条对照。

子章节之间的逻辑关系

先把顶点放到正确空间，再决定怎么写颜色、谁被挡住、写到哪块记忆体。后处理不是第 4 章才突然出现的魔法，它是 3.4 的绑定切换加上第 2 章的纹理采样。

3.1 空间对了
   └► 3.2 颜色怎么合成  ─► 3.3 谁被丢弃
                         └► 3.4 写到屏还是写到纹理
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状态机没有作用域。一个 pass 关掉深度写入，下一个 pass 会继承，除非你恢复。本章建议你在脑子里维护一份“不透明默认表”：剔除开、深度测开、深度写开、混合关、FBO 为默认。每个特例 pass 进出都回到这张表。引擎通常每对象设置；裸写漏恢复，会表现为“隔一帧才错”的幽灵。

离屏不是高级技巧，是换房间画画。后处理、阴影、拾取只是房间用途不同。先学会换房间，再往房间里摆滤镜。

本章四节对应四个旋钮：空间、合成、丢弃、房间。旋钮会互相影响。投影 near 太近，深度打架；混合开着却当不透明排序；剔除开着资产绕序反；离屏尺寸与视口不一致。调试时只拧一个旋钮。同时拧会让你以为 WebGL 随机。状态机其实极其听话，听话到把你泄漏的状态精确执行到下一帧。

建议在编辑器里放一份状态快照打印：混合是否开、深度掩码、当前 FBO、viewport。出幽灵 bug 先看快照。这比改公式快。引擎有 debug 面板；裸写十行就能打出快照。第 1.3 节说封装藏状态，本章说藏了也要能掀开。

默认状态表建议抄下来贴在编辑器旁：剔除开、深度测开写开、混合关、FBO 默认、viewport 等于 drawingBuffer。每个特例 pass 结束回到这张表。表比记忆可靠，也比“引擎会处理”可靠。混用裸调用时尤其如此。

把默认状态表提交进仓库。代码审查看到临时改状态却不恢复，直接打回。状态泄漏的 bug 会表现为隔帧、隔物体、隔 pass 才错，最耗人。表是便宜的预防。离屏注册表同理，放在第 3.4 节落地。本章是状态机的纪律章，纪律比新效果值钱。

状态机纪律比新效果值钱，因为泄漏会把对的公式画成错的顺序。恢复默认表、离屏注册表、near far 门禁，这三件写进仓库就能少一半幽灵 bug。幽灵 bug 看起来像驱动问题，其实是上一 pass 的掩码。审查临时改状态而不恢复的补丁，直接打回。打回一次，省一夜。

四节的旋钮一次只拧一个。拧完看默认表是否恢复。恢复了再拧下一个。这是状态机的礼貌，也是调试的速度。把默认表提交进仓库，审查看到临时改状态却不恢复就打回。打回一次，少一夜幽灵。

前置知识与后续延伸

• 前置知识：第 2 章的缓冲、Uniform、纹理通道；没有它们，FBO 只是空绑定。
• 后续延伸：第 4 章的光照、阴影、动画把本章状态当默认工具来组合；性能节会把切换 FBO 与切换程序一起算进 CPU 税。