前言：
本节课为大家介绍非常重要，也是非常难以理解的“矩阵”属性，也许前期的新手小白可能（当然也包括我自己呀）理解起来很困难，有时候会觉得很懵，但是怎么说呢，这东西用多了，自然就熟悉了，这里记下自己对矩阵的理解，如有不对的地方，也希望大家指出来😺。
代码中常见的矩阵属性：
GLMatrixStack modelViewMatrix; // 模型视图矩阵
GLMatrixStack projectionMatrix; // 投影矩阵
GLFrustum viewFrustum; // 视景体
GLGeometryTransform transformPipeline; // 几何图形变换管道
//角色帧 照相机角色帧
GLFrame cameraFrame;
分析
modelViewMatrix:
用来管理模型视图矩阵
我们在代码中会经常见
//顶部矩阵*平移矩阵，然后覆盖当前的顶部矩阵，不产生新的矩阵
modelViewMatrix.Translate(0.0f, 0.0f, -3.0f);
//7.复制栈顶的矩阵，然后压入堆栈，产生新的矩阵
modelViewMatrix.PushMatrix();
//8.顶部矩阵*旋转矩阵，不产生新的矩阵
modelViewMatrix.Rotate(yRot, 0.0f, 1.0f, 0.0f);
.
.
.
//10.顶部矩阵出栈（与push配套使用，push了一定要pop）
modelViewMatrix.PopMatrix();
projectionMatrix：投影矩阵，通常作为着色器的参数使用
viewFrustum：视景体，通常用来设置投影方式，然后用来获取投影矩阵
//2.创建投影矩阵，。
viewFrustum.SetPerspective(35.0f, float(nWidth)/float(nHeight), 1.0f, 100.0f);
//viewFrustum.GetProjectionMatrix() 获取viewFrustum投影矩阵
//并将其加载到投影矩阵堆栈上
projectionMatrix.LoadMatrix(viewFrustum.GetProjectionMatrix());
transformPipeline：存储模型视图矩阵和投影矩阵，为了方便管理和存取，通常用transformPipeline来做中间媒介
//存
transformPipeline.SetMatrixStacks(modelViewMatrix, projectionMatrix);
//取
shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_FLAT,
transformPipeline.GetModelViewProjectionMatrix(),
vFloorColor);
cameraFrame：观察者，相当于“人”，往往改变是相当于观察者来说的
总结：综合Demo
#include "GLTools.h" // OpenGL toolkit
#include "GLMatrixStack.h"
#include "GLFrame.h"
#include "GLFrustum.h"
#include "GLBatch.h"
#include "GLGeometryTransform.h"
#include "StopWatch.h"
#include <math.h>
#ifdef __APPLE__
#include <glut/glut.h>
#else
#define FREEGLUT_STATIC
#include <GL/glut.h>
#endif
GLShaderManager shaderManager;
GLMatrixStack modelViewMatrix;
GLMatrixStack projectionMatrix;
//观察者位置
GLFrame cameraFrame;
//世界坐标位置
GLFrame objectFrame;
//视景体，用来构造投影矩阵
GLFrustum viewFrustum;
//三角形批次类
GLTriangleBatch CC_Triangle;
//球
GLTriangleBatch sphereBatch;
//环
GLTriangleBatch torusBatch;
//圆柱
GLTriangleBatch cylinderBatch;
//锥
GLTriangleBatch coneBatch;
//磁盘
GLTriangleBatch diskBatch;
GLGeometryTransform transformPipeline;
M3DMatrix44f shadowMatrix;
GLfloat vGreen[] = { 0.0f, 1.0f, 0.0f, 1.0f };
GLfloat vBlack[] = { 0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f };
int nStep = 0;
// 将上下文中，进行必要的初始化
void SetupRC()
{
//1.
glClearColor(0.7f, 0.7f, 0.7f, 1.0f );
shaderManager.InitializeStockShaders();
//2.开启深度测试
glEnable(GL_DEPTH_TEST);
//3.将观察者坐标位置Z移动往屏幕里移动15个单位位置
//表示离屏幕之间的距离 负数，是往屏幕后面移动；正数，往屏幕前面移动
cameraFrame.MoveForward(-15.0f);
//4.利用三角形批次类构造图形对象
// 球
/*
gltMakeSphere(GLTriangleBatch& sphereBatch, GLfloat fRadius, GLint iSlices, GLint iStacks);
参数1：sphereBatch，三角形批次类对象
参数2：fRadius，球体半径
参数3：iSlices，从球体底部堆叠到顶部的三角形带的数量；其实球体是一圈一圈三角形带组成
参数4：iStacks，围绕球体一圈排列的三角形对数
建议：一个对称性较好的球体的片段数量是堆叠数量的2倍，就是iStacks = 2 * iSlices;
绘制球体都是围绕Z轴，这样+z就是球体的顶点，-z就是球体的底部。
*/
gltMakeSphere(sphereBatch, 3.0, 10, 20);
// 环面
/*
gltMakeTorus(GLTriangleBatch& torusBatch, GLfloat majorRadius, GLfloat minorRadius, GLint numMajor, GLint numMinor);
参数1：torusBatch，三角形批次类对象
参数2：majorRadius,甜甜圈中心到外边缘的半径
参数3：minorRadius,甜甜圈中心到内边缘的半径
参数4：numMajor,沿着主半径的三角形数量
参数5：numMinor,沿着内部较小半径的三角形数量
*/
gltMakeTorus(torusBatch, 3.0f, 0.75f, 15, 15);
// 圆柱
/*
void gltMakeCylinder(GLTriangleBatch& cylinderBatch, GLfloat baseRadius, GLfloat topRadius, GLfloat fLength, GLint numSlices, GLint numStacks);
参数1：cylinderBatch，三角形批次类对象
参数2：baseRadius,底部半径
参数3：topRadius,头部半径
参数4：fLength,圆形长度
参数5：numSlices,围绕Z轴的三角形对的数量
参数6：numStacks,圆柱底部堆叠到顶部圆环的三角形数量
*/
gltMakeCylinder(cylinderBatch, 2.0f, 2.0f, 3.0f, 15, 2);
//锥
/*
void gltMakeCylinder(GLTriangleBatch& cylinderBatch, GLfloat baseRadius, GLfloat topRadius, GLfloat fLength, GLint numSlices, GLint numStacks);
参数1：cylinderBatch，三角形批次类对象
参数2：baseRadius,底部半径
参数3：topRadius,头部半径
参数4：fLength,圆形长度
参数5：numSlices,围绕Z轴的三角形对的数量
参数6：numStacks,圆柱底部堆叠到顶部圆环的三角形数量
*/
//圆柱体，从0开始向Z轴正方向延伸。
//圆锥体，是一端的半径为0，另一端半径可指定。
gltMakeCylinder(coneBatch, 2.0f, 0.0f, 3.0f, 13, 2);
// 磁盘
/*
void gltMakeDisk(GLTriangleBatch& diskBatch, GLfloat innerRadius, GLfloat outerRadius, GLint nSlices, GLint nStacks);
参数1:diskBatch，三角形批次类对象
参数2:innerRadius,内圆半径
参数3:outerRadius,外圆半径
参数4:nSlices,圆盘围绕Z轴的三角形对的数量
参数5:nStacks,圆盘外网到内围的三角形数量
*/
gltMakeDisk(diskBatch, 1.5f, 3.0f, 13, 3);
}
void DrawWireFramedBatch(GLTriangleBatch* pBatch)
{
//----绘制图形----
//1.平面着色器，绘制三角形
shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_FLAT, transformPipeline.GetModelViewProjectionMatrix(), vGreen);
//传过来的参数，对应不同的图形Batch
pBatch->Draw();
//---画出黑色轮廓---
//2.开启多边形偏移
glEnable(GL_POLYGON_OFFSET_LINE);
//多边形模型(背面、线) 将多边形背面设为线框模式
glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_LINE);
//开启多边形偏移(设置偏移数量)
glPolygonOffset(-1.0f, -1.0f);
//线条宽度
glLineWidth(2.5f);
//3.开启混合功能(颜色混合&抗锯齿功能)
glEnable(GL_BLEND);
//开启处理线段抗锯齿功能
glEnable(GL_LINE_SMOOTH);
//设置颜色混合因子
glBlendFunc(GL_SRC_ALPHA, GL_ONE_MINUS_SRC_ALPHA);
//4.平面着色器绘制线条
shaderManager.UseStockShader(GLT_SHADER_FLAT, transformPipeline.GetModelViewProjectionMatrix(), vBlack);
pBatch->Draw();
//5.恢复多边形模式和深度测试
glPolygonMode(GL_FRONT_AND_BACK, GL_FILL);
glDisable(GL_POLYGON_OFFSET_LINE);
glLineWidth(1.0f);
glDisable(GL_BLEND);
glDisable(GL_LINE_SMOOTH);
}
//召唤场景
void RenderScene(void)
{
//1.用当前清除颜色清除窗口背景
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT | GL_STENCIL_BUFFER_BIT);
//2.模型视图矩阵栈堆，压栈
modelViewMatrix.PushMatrix();
//3.获取摄像头矩阵
M3DMatrix44f mCamera;
//从camereaFrame中获取矩阵到mCamera
cameraFrame.GetCameraMatrix(mCamera);
//模型视图堆栈的 矩阵与mCamera矩阵 相乘之后，存储到modelViewMatrix矩阵堆栈中
modelViewMatrix.MultMatrix(mCamera);
//4.创建矩阵mObjectFrame
M3DMatrix44f mObjectFrame;
//从ObjectFrame 获取矩阵到mOjectFrame中
objectFrame.GetMatrix(mObjectFrame);
//将modelViewMatrix 的堆栈中的矩阵 与 mOjbectFrame 矩阵相乘，存储到modelViewMatrix矩阵堆栈中
modelViewMatrix.MultMatrix(mObjectFrame);
//5.判断你目前是绘制第几个图形
switch(nStep) {
case 0:
DrawWireFramedBatch(&sphereBatch);
break;
case 1:
DrawWireFramedBatch(&torusBatch);
break;
case 2:
DrawWireFramedBatch(&cylinderBatch);
break;
case 3:
DrawWireFramedBatch(&coneBatch);
break;
case 4:
DrawWireFramedBatch(&diskBatch);
break;
}
//6. pop
modelViewMatrix.PopMatrix();
//7.
glutSwapBuffers();
}
//上下左右，移动图形
void SpecialKeys(int key, int x, int y)
{
if(key == GLUT_KEY_UP)
//移动世界坐标系，而不是去移动物体。
//将世界坐标系在X方向移动-5.0
objectFrame.RotateWorld(m3dDegToRad(-5.0f), 1.0f, 0.0f, 0.0f);
if(key == GLUT_KEY_DOWN)
objectFrame.RotateWorld(m3dDegToRad(5.0f), 1.0f, 0.0f, 0.0f);
if(key == GLUT_KEY_LEFT)
objectFrame.RotateWorld(m3dDegToRad(-5.0f), 0.0f, 1.0f, 0.0f);
if(key == GLUT_KEY_RIGHT)
objectFrame.RotateWorld(m3dDegToRad(5.0f), 0.0f, 1.0f, 0.0f);
glutPostRedisplay();
}
//点击空格，切换渲染图形
void KeyPressFunc(unsigned char key, int x, int y)
{
if(key == 32)
{
nStep++;
if(nStep > 4)
nStep = 0;
}
switch(nStep)
{
case 0:
glutSetWindowTitle("Sphere");
break;
case 1:
glutSetWindowTitle("Torus");
break;
case 2:
glutSetWindowTitle("Cylinder");
break;
case 3:
glutSetWindowTitle("Cone");
break;
case 4:
glutSetWindowTitle("Disk");
break;
}
glutPostRedisplay();
}
void ChangeSize(int w, int h)
{
//1.视口
glViewport(0, 0, w, h);
//2.透视投影
viewFrustum.SetPerspective(35.0f, float(w) / float(h), 1.0f, 500.0f);
//projectionMatrix 矩阵堆栈 加载透视投影矩阵
projectionMatrix.LoadMatrix(viewFrustum.GetProjectionMatrix());
//3.modelViewMatrix 矩阵堆栈 加载单元矩阵
modelViewMatrix.LoadIdentity();
//4.通过GLGeometryTransform管理矩阵堆栈
//使用transformPipeline 管道管理模型视图矩阵堆栈 和 投影矩阵堆栈
transformPipeline.SetMatrixStacks(modelViewMatrix, projectionMatrix);
}
int main(int argc, char* argv[])
{
gltSetWorkingDirectory(argv[0]);
glutInit(&argc, argv);
glutInitDisplayMode(GLUT_DOUBLE | GLUT_RGBA | GLUT_DEPTH | GLUT_STENCIL);
glutInitWindowSize(800, 600);
glutCreateWindow("Sphere");
glutReshapeFunc(ChangeSize);
glutKeyboardFunc(KeyPressFunc);
glutSpecialFunc(SpecialKeys);
glutDisplayFunc(RenderScene);
GLenum err = glewInit();
if (GLEW_OK != err) {
fprintf(stderr, "GLEW Error: %s\n", glewGetErrorString(err));
return 1;
}
SetupRC();
glutMainLoop();
return 0;
}
