OpenGL的glPushMatrix()和glPopMatrix()矩阵栈顶操作函数详解「建议收藏」

全栈程序员站长

发布于 2022-07-23 12:40:51

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发布于 2022-07-23 12:40:51

大家好，又见面了，我是你们的朋友全栈君。

OpenGL中图形绘制后，往往需要一系列的变换来达到用户的目的，而这种变换实现的原理是又通过矩阵进行操作的。opengl中的变换一般包括视图变换、模型变换、投影变换等，在每次变换后，opengl将会呈现一种新的状态（这也就是我们为什么会成其为状态机）。

有时候在经过一些变换后我们想回到原来的状态，就像我们谈恋爱一样，换来换去还是感觉初恋好，怎么办？强大的opengl就帮我们提供了两个函数：giPushMatrix()和glPopMatrix();

首先我们要知道，对于矩阵的操作都是对于矩阵栈的栈顶来操作的。当前矩阵即为矩阵栈的栈顶元素，而对当前矩阵进行平移、旋转等的变换操作也同样是对栈顶矩阵的修改。所以我们在变换之前调用giPushMatrix()的话，就会把当前状态压入第二层，不过此时栈顶的矩阵也与第二层的相同。

当经过一系列的变换后，栈顶矩阵被修改，此时调用glPopMatrix()时，栈顶矩阵被弹出，且又会恢复为原来的状态。

函数的作用过程可以用下图描述，更为直观。

在opengl场景中一般存在多种矩阵变换操作，而控制这些操作的命令主要用到

glMatrixMode(GLenum mode); 作用：用于指定用哪个矩阵作为当前矩阵，mode用于指定哪一种矩阵栈是其后矩阵操作的目标。mode可取： GL_MODELVIEW: 把其后的矩阵操作施加于造型视图矩阵栈。（默认） GL_PROJECTION: 把其后的矩阵操作施加于投影矩阵栈。 GL_TEXTURE：把其后的矩阵操作施加于纹理矩阵栈。

注意上述三种模式分别对应了三种矩阵栈。

所以在场景中存在多种矩阵变换时，glPushMatrix()和glPopMatrix()一般情况下也要结合glMatrixMode(GLenum mode)运用，系统才知道具体操作的是哪个矩阵栈。

注意：

摄像机矩阵和模型矩阵用的是同一个矩阵，就是GL_MODELVIEW (model是模型搜索矩阵，view是摄像机矩阵，GL_MODELVIEW里保存的是这两个矩阵的积）。所以选择GL_MODELVIEW之后直接用glTranslate，glRotate之类的就行。

其实摄像机和模型矩阵本质上是一回事（这也是为什么OpenGL把这两个矩阵放在一起保存的原因），因为比如把整个世界向y+方向移动10跟把摄像机向y-方向移动10是等价的。旋转也是一样。

虽然矩阵里可以保存任何变换，但按照OpenGL的概念，model和view矩阵里只能保存平移，旋转和缩放；project矩阵里只能保存投影矩阵，viewport矩阵里只能保存二维平移和缩放。这样来看把model和view放在一起是合理的。他们之间的区别纯粹是人为的。

　　　　附上代码例子：

 1 #include <stdlib.h>
 2 #include "include\glut.h"
 3 
 4 static int year = 0, day = 0;
 5 
 6 void init(void)
 7 {
 8     glClearColor (0.0, 0.0, 0.0, 0.0);
 9     glShadeModel (GL_FLAT);
10 }
11 
12 void display(void)
13 {
14     glClear (GL_COLOR_BUFFER_BIT);
15     glColor3f (1.0, 1.0, 1.0);
16     
17     glPushMatrix();
18     {
19         glutWireSphere(1.0, 20, 16); /* draw sun */
20         glRotatef ((GLfloat) year, 0.0, 1.0, 0.0);
21 
22         glTranslatef (2.0, 0.0, 0.0);    //把坐标原点变换位置
23 
24         glRotatef ((GLfloat) day, 0.0, 1.0, 0.0);
25         glutWireSphere(0.2, 10, 8); /* draw smaller planet */
26     }
27     glPopMatrix();
28 
29     glutSwapBuffers();
30 }
31 
32 void reshape(int w, int h)
33 {
34     glViewport (0, 0, (GLsizei) w, (GLsizei) h);
35     glMatrixMode (GL_PROJECTION);
36     glLoadIdentity ();
37     gluPerspective(60.0, (GLfloat) w/(GLfloat) h, 1.0, 20.0);
38 
39     glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
40     glLoadIdentity();
41     gluLookAt (0.0, 0.0, 5.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0);
42 }
43 
44 void keyboard(unsigned char key, int x, int y)
45 {
46     switch (key) {
47         case 'd':
48             day = (day + 10) % 360;
49             glutPostRedisplay();
50             break;
51         case 'D':
52             day = (day - 10) % 360;
53             glutPostRedisplay();
54             break;
55         case 'y':
56             year = (year + 5) % 360;
57             glutPostRedisplay();
58             break;
59         case 'Y':
60             year = (year - 5) % 360;
61             glutPostRedisplay();
62             break;
63         case 27:
64             exit(0);
65             break;
66         default:
67             break;
68     }
69 }
70 
71 int main(int argc, char** argv)
72 {
73     glutInit(&argc, argv);
74     glutInitDisplayMode (GLUT_DOUBLE | GLUT_RGB);
75     glutInitWindowSize (500, 500);
76     glutInitWindowPosition (100, 100);
77     glutCreateWindow (argv[0]);
78     
79     init();
80     glutDisplayFunc(display);
81     glutReshapeFunc(reshape);
82     glutKeyboardFunc(keyboard);
83     glutMainLoop();
84     return 0;
85 }

　　　　运行结果：