OpenGL的glPushMatrix()和glPopMatrix()矩阵栈顶操作函数详解

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：