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

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。

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

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 }