OpenGL的常见矩阵和变化

前言

OpenGL的坐标转换中需要对顶点坐标进行计算，这种对多个顶点的计算我们需要借助到矩阵，OpenGL所有的变换都是通过矩阵相乘实现的，本文将通过各种变化来了解矩阵的作用。

坐标系变换

一个物体从初始的3维坐标到屏幕上的2维坐标需要经历物体坐标->世界坐标->观察者坐标->裁剪坐标->规范化设备坐标->屏幕坐标这个过程。

坐标系变换

模型矩阵

用于将物体从物体坐标转化为世界坐标，事实上，物体本身的变化也可以用模型矩阵，比如旋转、平移等。具体可以用下面代码获取模型矩阵。

GLFrame objectFrame;
// 旋转（绕世界坐标系x轴旋转）
objectFrame.RotateWorld(m3dDegToRad(-5.0f), 1.0f, 0.0f, 0.0f);
// 模型矩阵
M3DMatrix44f mObjectFrame;

objectFrame.GetMatrix(mObjectFrame);

视图矩阵

用于将物体从世界坐标转化为观察者坐标，涉及到观察位置变化的需要用到试图矩阵。
可以用下面代码获取试图矩阵

GLFrame cameraFrame;
cameraFrame.MoveForward(-30.0f);
// 视图矩阵
M3DMatrix44f mCamera;

cameraFrame.GetCameraMatrix(mCamera);

投影矩阵

用于物体从观察者坐标转化为裁剪坐标，和投影方式有关，在确定投影方式后我们就可以得到投影矩阵。

GLFrustum viewFrustum;
// 设置透视投影
viewFrustum.SetPerspective(35.0f, float(w)/float(h), 1.0f, 500.0f);

M3DMatrix44f projectionMatrix = viewFrustum.GetProjectionMatrix();

矩阵堆栈

在绘制场景是，我们往往需要使用很多矩阵进行换算，而我们常常需要保存这些换的中间状态，以便变化后的快速恢复，比如场景绘制是我需要让矩阵从A到B，再由A到C，如果没有矩阵堆栈，我们要A到B的矩阵，再由B->A，之后才能有A到C，而有矩阵栈，我们只要让A入栈，再让B入帐，执行完A->B后，再将栈顶的B出栈，执行A->C，显然比单个矩阵效率高很多。

GLMatrixStack   modelViewMatrix;
//调用顶部载入单元矩阵
modelViewMatrix.LoadIdentity();
// 压栈，如果括号内为空则将栈顶的矩阵复制一份放到栈顶
modelViewMatrix.PushMatrix();
//矩阵乘以矩阵堆栈的顶部矩阵，相乘的结果随后简存储在堆栈的顶部
modelViewMatrix.MultMatrix(mCamera);
//矩阵乘以矩阵堆栈的顶部矩阵，相乘的结果随后简存储在堆栈的顶部
modelViewMatrix.MultMatrix(mObjectFrame);

//几何变换的管道（用于合成模型试图投影矩阵（mvp矩阵））
GLGeometryTransform transformPipeline;
//设置变换管线以使用两个矩阵堆栈
transformPipeline.SetMatrixStacks(modelViewMatrix, projectionMatrix);

// 调用平面着色器
shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_FLAT,transformPipeline.GetModelViewProjectionMatrix(), vBlack);
// 绘制
... 
//还原到以前的模型视图矩阵（单位矩阵）
modelViewMatrix.PopMatrix();