OpenGL 出栈压栈理解分析

1.OpenGL压栈出栈作用概念

1.压栈出栈操作的是矩阵，一般分为模型视图矩阵和投影矩阵

2.出栈压栈是针对顶点的变化的，为了方便实施，所以用矩阵统一记录且作用在顶点上面

3.压栈出栈一定要成对出现，OpenGL里面模型视图矩阵是全局的，PushMatrix的作用是把当前的栈顶拷贝一份复制在栈顶上，利用这个新的栈顶记录新的变化，绘制新的变化，绘制完毕，PopMatrix是把这个新的栈顶删除掉，栈顶变为记录这次变化之前的栈顶，也就是说通过push和pop达到了既绘制了当前的变化，又没有影响到之前的栈顶状态

// 假设ABC是要作用在需要绘制物体Object上的，Object.Draw()->Object使用Draw()函数绘制完毕，PopMatrix()，恢复之前的栈顶状态

绘制Object的变化，不影响全局的模型视图矩阵
modelViewMatrix.PushMatrix();
模型视图矩阵变化A
模型视图矩阵变化B
模型视图矩阵变化C
Object.Draw();
modelViewMatrix.PopMatrix();

绘制AABBCC的变化，不影响全局的模型视图矩阵
modelViewMatrix.PushMatrix();
模型视图矩阵变化AA
模型视图矩阵变化BB
模型视图矩阵变化CC
AABBCC.Draw();
modelViewMatrix.PopMatrix();

某些变化模型视图矩阵或者投影矩阵要影响全局的那么
模型视图矩阵变化xyz，投影矩阵，影响全局，那么只需要push前面即可，push pop中间的绘制完毕会被清楚掉，如果不在这个范围内就持续影响后续的物体的绘制状态，因为OpenGL状态机是全局的
modelViewMatrix.PushMatrix();
模型视图矩阵变化AAA
模型视图矩阵变化BBA
模型视图矩阵变化CCA
AABBCC.Draw();
modelViewMatrix.PopMatrix();

2.压栈压栈代码实现

//进行调用以绘制场景
void RenderScene(void)
{
    //1.颜色值(地板,大球,小球颜色)
    static GLfloat vFloorColor[] = { 0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f};
    static GLfloat vTorusColor[] = { 1.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f};
    static GLfloat vSphereColor[] = { 0.0f, 0.0f, 1.0f, 1.0f};
    
    //2.基于时间动画
    static CStopWatch rotTimer;
    float yRot = rotTimer.GetElapsedSeconds() * 60.0f;
    
    //3.清除颜色缓存区和深度缓冲区
    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

    //4.加入观察者 平移10步(地板,大球,小球,小小球)
    
    // PushMatrix->1
    // cameraFrame是摄像机矩阵，被模型视图矩阵modelViewMatrix作用，第一个PushMatrix前面影响全局
    M3DMatrix44f mCamera;
    cameraFrame.GetCameraMatrix(mCamera);
    modelViewMatrix.PushMatrix(mCamera);


    //5.获取光源位置
    M3DVector4f vLightPos = {0.0f,10.0f,5.0f,1.0f};
    
    //6.绘制地面
    shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_FLAT,
                                 transformPipeline.GetModelViewProjectionMatrix(),
                                 vFloorColor);
    // 绘制地面，上面的摄像机矩阵PushMatrix->1是作用在这个上面的，通过模型视图矩阵的变化
    floorBatch.Draw();
    
    //大球默认位置(0,0,0)Z深度(3.0) 正负指的是方向, 数字指的移动距离
    //7.使得大球位置平移(3.0)向屏幕里面  只移动1次
    // 模型视图矩阵发生变化2，作用在后续所有需要绘制的物体上面
     modelViewMatrix.Translate(0.0f, 0.0f, -3.0f);
    
    //8.压栈(复制栈顶)
    // PushMatrix->2
    // 准备绘制大球，压栈->复制新的栈顶放在原来的栈顶上面
    modelViewMatrix.PushMatrix();
   
    //9.大球自转
    // 这个模型视图矩阵的变化在PushMatrix->2和PopMatrix->2之间，只对torusBatch的绘制起作用
    modelViewMatrix.Rotate(yRot, 0.0f, 1.0f, 0.0f);
    
    //10.指定合适的着色器(点光源着色器)
    shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_POINT_LIGHT_DIFF, transformPipeline.GetModelViewMatrix(),
                                 transformPipeline.GetProjectionMatrix(), vLightPos, vTorusColor);
    torusBatch.Draw();
    //11.绘制完毕则Pop
    // 大球绘制完毕PopMatrix->2
    modelViewMatrix.PopMatrix();
    
 
    //12.画小球
    for (int i = 0; i < NUM_SPHERES; i++) {
        // PushMatrix->3 绘制若干小球
        modelViewMatrix.PushMatrix();
        
        // 是作用在若干小球上的模型视图矩阵modelViewMatrix的变化
        modelViewMatrix.MultMatrix(spheres[i]);
        shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_POINT_LIGHT_DIFF, transformPipeline.GetModelViewMatrix(),
                                     transformPipeline.GetProjectionMatrix(), vLightPos, vSphereColor);
        sphereBatch.Draw();
        // PopMatrix->3 若干小球绘制完毕
        modelViewMatrix.PopMatrix();
    }

    //13. 让一个小篮球围绕大球公众自转
    //学员提问: 为什么这里老师没有加PushMatrix/PopMatrix ,是可以加的.但是因为是最后的绘图因为没有不会影响就么有添加. 这边给大家添加一组.
    
    // PushMatrix->4 绘制围绕大球公转的一个小球
    modelViewMatrix.PushMatrix();
    
    // 公转小球的变化只作用在自身上
    modelViewMatrix.Rotate(yRot * -2.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f);
    modelViewMatrix.Translate(0.8f, 0.0f, 0.0f);
    shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_FLAT,transformPipeline.GetModelViewProjectionMatrix(),vSphereColor);
    sphereBatch.Draw();
    // PopMatrix->4 绘制完毕
    modelViewMatrix.PopMatrix();
    
    // PopMatrix->1 全部结束PopMatrix
   modelViewMatrix.PopMatrix();
    
    
    //14.执行缓存区交换
    glutSwapBuffers();
    
    //15
    glutPostRedisplay();
}

3.压栈出栈流程提取

    // PushMatrix->1
    // cameraFrame是摄像机矩阵，被模型视图矩阵modelViewMatrix作用，第一个PushMatrix前面影响全局
   modelViewMatrix.PushMatrix(mCamera);

    // 模型视图矩阵发生变化2，作用在后续所有需要绘制的物体上面
     modelViewMatrix.Translate(0.0f, 0.0f, -3.0f);
    
    // PushMatrix->2
    modelViewMatrix.PushMatrix();
    //9.大球自转
    // 这个模型视图矩阵的变化在PushMatrix->2和PopMatrix->2之间，只对torusBatch的绘制起作用，大球的变化
    modelViewMatrix.Rotate(yRot, 0.0f, 1.0f, 0.0f);
    // 大球绘制完毕PopMatrix->2
    modelViewMatrix.PopMatrix();
    
    //12.画小球
    for (int i = 0; i < NUM_SPHERES; i++) {
        // PushMatrix->3 绘制若干小球
        modelViewMatrix.PushMatrix();
        // 是作用在若干小球上的模型视图矩阵modelViewMatrix的变化
        modelViewMatrix.MultMatrix(spheres[i]);
        // PopMatrix->3 若干小球绘制完毕
        modelViewMatrix.PopMatrix();
    }

    // PushMatrix->4 绘制围绕大球公转的一个小球
    modelViewMatrix.PushMatrix();
    // 公转小球的变化只作用在自身上
    modelViewMatrix.Rotate(yRot * -2.0f, 0.0f, 1.0f, 0.0f);
    modelViewMatrix.Translate(0.8f, 0.0f, 0.0f);
    // PopMatrix->4 绘制完毕
    modelViewMatrix.PopMatrix();
    
    // PopMatrix->1 全部结束PopMatrix
   modelViewMatrix.PopMatrix();

4.是否一定需要使用矩阵

mv->模型视图矩阵
mvp->模型视图投影矩阵
p->投影矩阵

问题(1): 在绘图时,可以不用矩阵堆栈吗?
答案: 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，完成绘制之后mv-abc+897，这也可以，但是这只是规则变化，有规律可循，即使你数学非常牛逼，任何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，非得自己搞那些事干什么捏

问题(2): MVP矩阵在堆栈中充当什么样角色?
答案: mv只有一个是全局的大家都在用，如果某个图形A，他要有bcdefg变化，那么 push -> mvbcdefg -> pop mv，这时候物体B有一个abc999-366的变化，push -> mv * abc999-366 ->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，如果不使用push pop，把mvbcdefg abc999-366给B或者A，都是不对的，那就乱套了，不影响全局的变化放在push 和 pop之间，push->占用mv->记录变化->绘制完毕->pop->复原mv