基礎(chǔ)變化

OpenGL中涉及的基礎(chǔ)變化主要有以下5種

視圖變換

• 視圖變換是應用到場景中的第一種變換，通過物體/觀察者在Z軸上的移動，確定場景中利于觀察的位置
• 默認情況下，透視投影中的觀察者位置處于原點（0，0，0），并沿著z軸負方向看向屏幕里面，一般通過moveForward方法來調(diào)整觀察者位置，moveForward默認的朝向是-z軸，所以向屏幕里面移動傳正數(shù)值，向屏幕外即+z軸，需要傳負數(shù)值
• 引用《OpenGL 超級寶典 第5版》96頁文字：從大局上考慮，在應用任何其他模型變換之前，必須先應用視圖變換，這句話的意思就是我們后續(xù)的其他模型變換，其實都是基于視圖變換后的新坐標進行的。

模型變換
模型變換其實就是物體通過平移、旋轉(zhuǎn)、縮放的操作，將物體移動到你想要的位置的一個過程

模型變換中主要有3中變換方式：

• 平移：物體沿著給定的軸進行移動

  
  
  平移

• 旋轉(zhuǎn)：物體圍繞給定的坐標軸進行旋轉(zhuǎn)

  
  
  旋轉(zhuǎn)

• 縮放：根據(jù)物體大小進行了放大/縮小的操作

  
  
  縮放
  • 當縮放的x/y/z參數(shù)傳值-1時，可以實現(xiàn)物體圍繞某一個軸的翻轉(zhuǎn)
  • 物體翻轉(zhuǎn)的實現(xiàn)不僅可以通過旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)，還可以通過縮放實現(xiàn)

模型變換中，兩個變換的順序是不能交換的，交換后的矩陣相乘結(jié)果是不一致的，如下圖，交換平移和旋轉(zhuǎn)的順序，得到的結(jié)果完全不一致

變換順序交換對比

造成這種情況的根本原因，主要還是因為矩陣相乘采用的是矩陣的叉乘，而矩陣叉乘是不滿足交換律的。

另外，在模型變換過程中，有兩種觀察方式，

• 移動觀察者 即 觀察者動，物體不動
• 移動坐標系 即 觀察者不動，物體動
  這兩個的說明在前面的博文中已經(jīng)有所說明，這里就不再重復解釋了，可以參考OpenGL中觀察方式與矩陣的關(guān)系。其實不論是觀察者動，還是物體動，其最終的目的都是為了更好的觀察物體，所以兩種觀察方式并沒有誰優(yōu)誰劣的說法，只是看你想用哪個罷了。

與3種模型變換相對應的OpenGL方法，如圖所示，關(guān)于最后的綜合變換需要作以下說明:

• 綜合變換API的參數(shù)a，b取決于采用的模型變換順序，如果是先平移再旋轉(zhuǎn)，那么a傳平移矩陣，b傳旋轉(zhuǎn)矩陣，反之，則相反

• 需要根據(jù)具體的業(yè)務需求來決定

  
  
  模型變換API

投影
投影方式主要有兩種

• 透視投影：屏幕上物體與實物的比例是 < 1:1的，且有遠小近大的效果
  • OpenGL中對應的設置API：void SetPerspective(float fFov, float fAspect, float fNear, float fFar)
• 正投影：屏幕上物體與實物的比例是 = 1:1的，都是一樣大的效果
  • OpenGL中對應的設置API：void SetOrthographic(GLfloat xMin, GLfloat xMax, GLfloat yMin, GLfloat yMax, GLfloat zMin, GLfloat zMax)
    具體的參數(shù)說明可以參考這個了解OpenGL中的投影方式、存儲著色器分類、常見圖元連接方式，這里僅簡單介紹

矩陣堆棧

矩陣堆棧的使用，我們在之前的案例中都有所涉及，下面詳細介紹下矩陣堆棧

使用原因
程序全局只有一個矩陣堆棧，但是需要繪制的圖形有多種 即 變化有很多種--每個圖形所需的變換矩陣不同，如果想兩個圖形的操作互不影響，需要一個矩陣狀態(tài)去保存空白的狀態(tài)

矩陣堆棧
矩陣堆棧是由GLMatrixStack類創(chuàng)建的，其特性是先進后出，根據(jù)矩陣類的源碼可知，矩陣堆棧中最大只能放64個狀態(tài)，對應的API參見下表

• 矩陣對陣中除了可以放M3DMatrix44f矩陣外，還可以放GLFRame，其實就是比矩陣多做了一步，需要通過GLFRame的get方法方法獲得矩陣，放入堆棧中
  
  矩陣堆棧類相關(guān)API

矩陣堆棧中關(guān)于入棧、相乘、出棧的流程

• 原始矩陣堆棧中，拷貝一份棧頂矩陣，壓入棧頂
• 當有變換操作時，將變換操作的矩陣與矩陣堆棧棧頂相乘，將其結(jié)果覆蓋棧頂矩陣
• 如果還有其他矩陣入棧，則繼續(xù)相乘
• 當沒有矩陣需要push，即圖形繪制完成后，需要pop棧頂矩陣

需要注意：
==> 用了幾個push，就需要pop幾個矩陣，push與pop是一一對相應的
==> 最終的矩陣堆棧仍然是最初時的矩陣堆棧

矩陣入棧、相乘、出棧流程

仿射變換
矩陣堆棧中有與平移、旋轉(zhuǎn)、縮放三個模型變換相對應的放射變換，可以不用通過模型變換，而是直接通過矩陣堆棧的API實現(xiàn)這3種變換，如下表所示

仿射變換API

相對于仿射變換與模型變換，我們更傾向于使用模型，這種方式用的很少

角色幀
主要是用來表示物體及觀察者所處的位置，主要有三個參數(shù)

• vOrigin：當前所處的位置，默認是（0，0，0），處于原點
• vForward：即將要去的位置，默認是（0，0，-1），朝向-z軸方向

• vUp：朝向哪，默認是（0，1，0），朝向+y軸方向

  
  
  GLFrame源碼

除了矩陣，GLFrame對象也可以直接壓入矩陣堆棧，主要涉及以下3個方法

• 加載到堆棧棧頂 void GLMatrixStack::LoadMatrix(GLFrame &frame);
• 與堆棧棧頂相乘，將結(jié)果覆蓋棧頂矩陣 void GLMatrixStack::MultMatrix(GLFrame &frame);
• 堆棧棧頂出棧 void GLMatrixStack::PushMatrix(GLFrame &frame);