OpenGL--- (七)OpenGL基础变化与矩阵堆栈

基础变化

视图变换

• 视图变换是应用在场景中的第一种变换，通过物体/观察者在Z轴上的移动，确定场景中利于观察者的位置。
• 默认情况下，透视投影中的观察者位置处于原点（0，0，0），并沿着z轴负方向看向屏幕里面。
• 视图变换将观察者放在你希望的任意位置，并允许在任何方向上观察场景。确定视图变换就像在场景中放置观察者并让它指向某一个方向。
• 截取自<OpenGL 超级宝典 第5版>：从大局上考虑，在应用任何其他模型变换之前，必须先应用视图变换。这样做是因为：对于视觉坐标系而言，视图变换移动了当前的工作的坐标系，后续的变化都会基于新的坐标系完成。

模型变换

• 模型变换其实就是物体通过平移、旋转、缩放的操作，将物体移动到你想要的位置的一个过程。
  平移：物体沿着给定的轴进行移动

  
  平移
  

  旋转：物体围绕给定的坐标轴进行旋转

  
  旋转
  缩放：根据物体大小进行了放大/缩小的操作
  缩放

当缩放的X/Y/Z参数传值-1时，可以实现物体围绕某一个轴翻转
物体翻转的实现不仅可以通过旋转实现，还可以通过缩放实现

模型变换中，两个变换的顺序是不能交换的，交换后的矩阵相乘结果是不一致的，如下图，交换平移和旋转的顺序，得到的结果完全不一致

造成这种情况的根本原因：矩形相乘采用的是矩形的叉乘，而矩形叉乘是不满足交换率的。
另外，在模型变换过程中，有两种观察方式：

• 移动观察者 即 观察者动，物体不动

• 移动坐标系 即 观察者不动，物体动
  与3种模型变换相对应的OpenGL方法，如图所示：

  
  方法

投影

透视投影：

屏幕上物体与实物的比例是 < 1：1的，且有远小近大的效果。

OpenGL中对应的设置API：void SetPerspective(float fFov, float fAspect, float fNear, float fFar)

正投影：

屏幕上物体与实物比例是 = 1：1的，都是一样大的效果。

OpenGL中对应的设置API：void SetOrthographic(GLfloat xMin, GLfloat xMax, GLfloat yMin, GLfloat yMax, GLfloat zMin, GLfloat zMax)

矩形堆栈

使用原因：

程序全局只有一个矩形堆栈，但是需要绘制的图形有多种，即变化有很多种，每个图形所需的变换矩阵不同，如果想两个图形的操作互不影响，需要一个矩阵状态去保存空白的状态。

矩阵堆栈

矩阵堆栈是由GLMatrixStack类创建的，其特性是先进后出，根据矩阵类的源码可知，矩阵堆栈中最大只能放64个状态

矩阵对阵中除了可以放M3DMatrix44f矩阵外，还可以放GLFRame，其实就是比矩阵多做了一步，需要通过GLFRame的get方法方法获得矩阵，放入堆栈中

矩阵堆栈相关API如下图所示：

矩阵堆栈中关于入栈、相乘、出栈的流程

• 原始矩阵堆栈中，拷贝一份栈顶矩阵，压入栈顶。
• 当有变换操作时，将变换操作的矩阵与矩阵堆栈栈顶相乘，将其结果覆盖栈顶矩阵。
• 如果还有其他矩阵入栈，则继续相乘。
• 当没有矩阵需要push，即图形绘制完成后，需要pop栈顶矩阵。

用了几个push，就需要pop几个矩阵，push与pop是一一对相应的
最终的矩阵堆栈仍然是最初时的矩阵堆栈

仿射变换

矩形堆栈中有平移、旋转、缩放三个模型变换相对应的仿射变换，可以不用通过模型变换，而是直接通过矩形堆栈的API实现这3种变换，如下：

角色帧

• 主要用来表示物体及观察者所处的位置，有3个参数：
  1、vOrigin：当前所处的位置，默认是（0，0，0），处于原点
  2、vForward：即将要去的位置，默认是（0，0，-1），朝向-z轴方向
  3、vUp：朝向哪，默认是（0，1，0），朝向+y轴方向

  
  
  

  除了矩阵，GLFrame对象也可以直接压入矩阵堆栈，主要涉及以下3个方法：

• 加载到堆栈栈顶 void GLMatrixStack::LoadMatrix(GLFrame &frame);
• 与堆栈栈顶相乘，将结果覆盖栈顶矩阵 void GLMatrixStack::MultMatrix(GLFrame &frame);
• 堆栈栈顶出栈 void GLMatrixStack::PushMatrix(GLFrame &frame);