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OpenGL-11-观察方式与MV矩阵堆栈关系

OpenGL-11-观察方式与MV矩阵堆栈关系

作者: 宇宙那么大丶 | 来源:发表于2020-07-27 19:02 被阅读0次

在之前的OpenGL的案例中,我们可以分辨出关于GLFrame有两种不同的方式:
观察者不动,物体动
观察者动,物体不动
此外还牵涉到我们使用视图模型矩阵modelViewMatrix时候的压栈问题。
(文章中如果有出现错误的地方,还望指出!)

在GLFrame涉及到的三个方法中去探索:

  • SetupRC (初始化操作,初始化观察者或者物体的初始位置)
  • SpecialKeys (特殊键位操作,改变观察者或者物体的位置)
  • RenderScene (渲染场景,有压栈、出栈的操作)

这里我们先声明两个变量

//观察者
GLFrame cameraFrame;
//物体本身
GLFrame objectFrame;

1、SetupRC

  • 观察者不动,物体动
//向屏幕外移动15个单位,距离我们肉眼更近。
//可以理解为:观察者和物体原本都在原点位置,让物体距离我们肉眼更远一点,方便观察
cameraFrame.MoveForward(-15.0f);
  • 观察者动,物体不动
//向屏幕里移动15个单位,距离我们肉眼更远。因为我们要移动观察者,拉开距离方便观察
cameraFrame.MoveForward(15.0f);

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。-- 《OpenGL 超级宝典 第5版》
视图变换是应用到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,一般通过moveForward方法来调整观察者位置,moveForward默认的朝向是-z轴,所以向屏幕里面移动传正数值,向屏幕外即+z轴,需要传负数值。

2、SpecialKeys

  • 观察者不动,物体动
//物体围绕特定的x轴进行旋转
objectFrame.RotateWorld(m3dDegToRad(-5.0f), 1.0f, 0.0f, 0.0f);
  • 观察者动,物体不动
//观察者围绕特定的x轴进行旋转
cameraFrame.RotateWorld(m3dDegToRad(-5.0), 1.0f, 0.0f, 0.0f);

3、RenderScene

  • 观察者不动,物体动
    因为观察者在初始化的时候改变了位置,并且物体进行了移动。所以这里渲染的时候都要记录进去
    //压栈
    /*
    因为压入不止一个数据,这里要用到矩阵相乘,就要把观察者数据转换成矩阵再进去
    modelViewMatrix在初始化的时候已经-压入了一个单元矩阵
    这里push一个空,就相当于copy了一个栈顶的单元矩阵,然后再压入到栈顶
    */
    modelViewMatrix.PushMatrix();
    
    
    /*
     把观察者数据转换成矩阵压入栈中-->与栈顶矩阵相乘-->栈顶就会得到一个新的矩阵
     */
    //初始化一个观察者矩阵,把观察者矩阵放进去
    M3DMatrix44f mCamreaMatrix;
    cameraFrame.GetCameraMatrix(mCamreaMatrix);
    //矩阵相乘放入顶部 : 单元矩阵(1) * mCamreaMatrix = New_mCamreaMatrix
    modelViewMatrix.MultMatrix(mCamreaMatrix);
    
    
    //初始化一个物体矩阵,然后放进去
    M3DMatrix44f mObjectMatrix;
    objectFrame.GetMatrix(mObjectMatrix);
    //New_mCamreaMatrix * mObjectMatrix = New_mObjectMatrix
    modelViewMatrix.MultMatrix(mObjectMatrix);
    
    
    //使用着色器
    shaderManager.UseStockShader(...);
    //绘制
    torusBatch.Draw();
    //出栈
    modelViewMatrix.PopMatrix();
image.png
  • 观察者动,物体不动
    因为物体没发生位移等变化,只有观察者发生了改变。这里只需要把观察者记录进去即可
    //压栈,直接把观察者压入栈中
    modelViewMatrix.PushMatrix(cameraFrame);
    //使用着色器
    shaderManager.UseStockShader(...);
    //绘制
    torusBatch.Draw();
    //出栈
    modelViewMatrix.PopMatrix();
image.png

矩阵压栈(规定):先放观察者矩阵 ---> 再放物体矩阵 --->最后放投影矩阵

思考总结

在绘图时,可以不用矩阵堆栈吗?
  • 如果绘制比较多,没有push、pop是不行的。否则别的变化都作用在mv上了,mv是全局的,本来不是你的也被影响了,push的意思就是,我先占用,等我绘制完了,pop是把我的变化从全局的mv的剔除掉,保持原来的模样,否则就乱套了,push pop就是为了把变化绘制了,还不影响整体环境,如果你不用push或者pop,那你自己精细算mv的数据也是可以的,比如mv+abc-897 绘制,完成mv-abc+897,这也可以,但是这只是规则变化,有规律可循,即使你很熟悉、技术非常牛逼,说一个复杂的图形怎么变化我都能计算出各个顶点的数值,变化完成之后我都可以复原,也可以自己算自己复原,但是,push 和 pop就搞定了,何必浪费那些个脑细胞呢?
MVP矩阵在堆栈中充当什么样角色?
  • MV只有一个,是全局的,大家都在用。如果你的项目中某个图形A,它要进行bcdefg变化那么 push --> mv * b * c * d * e * f * g --> pop -->mv。这时有一个物体B,要进行abc * 999的变化,push -> mv * abc * 999 ->pop ->mv, A和B都是要自己的变化,比如A必须要bcdefg都叉乘了才可作为A的最后的mv渲染,B也是同理,你把A的 mv * b * c * d * e * f * g * abc * 999给B,那就乱套了,你要的最终变化给你就行了,别人的不要管
  • mv * b * c * d * e * f * g这个是A要的最后的渲染数据,mv * abc * 999 这个是B要的 最后的渲染数据。如果把mv * b * c * d * e * f * g * abc * 999都给A或者B都是不对的
  • 谁的变化给谁,push pop结合就OK了

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