openGL - 何時該用glPushMatrix() 和 glPopMatrix()

這問題困擾了我一陣子，有很大的因素是被這學期的圖學作業影響...
回到正提，這問題在"openGL編程指南"中說的有點隱晦(個人認為)。

這問題是發生在我使用了gluLookAt()函式後發現的，從書中範例我們可以感受一件事，glPushMatrix()和glPopMatrix()的目的是為了讓編程過程變得簡單且容易了解，但我似乎無法清楚定義"應該在何時加入這兩個函數會讓程式變得容易理解"。


首先要先認清一件事，openGL FAQ 8.010開宗明義即說明：在openGL中的攝影機，永遠都在原點(0,0,0)的位置，openGL為了假裝出移動攝影機的樣子，必須移動場景對整個世界場景做攝影機的逆空間轉換。(OpenGL FAQ and Troubleshooting Guide - Q8)，而gluLookAt()函式，是個工具函式，意思就是它包裝了一些openGL的基本函式在內，並不是一個原生函式，套用上面說的話，表示gluLookAt()中使用了一些glTranslate()或glRotate()等類型的函式，所以如果程式中寫了一行gluLookAt(0,0,3,0,0,0,0,1,0)，實際上是把所有的物體都先往-Z軸推離攝影機3的距離，才繼續之後的轉換。

那麼現在來想一個簡單的程式，我希望攝影機放在(0,0,3) 且朝著(0,0,-5)看著，而有一個球可以在(0,0,-4)的位置自轉，因此球和攝影機應該要相距7的距離，程式可能如下：


glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
glLoadIdentity();
gluLookAt(0,0,3,0,0,-5,0,1,0);
glLoadIdentity();
glTranslatef(0,0,-4);
glRotatef(year,0,1,0);
glutSolidSphere(1,40,40);

老師說做任何事之前要先將當前矩陣(current matrix, CM)清空，確保轉換正確，所以第4行的glLoadIdentity()做了這件事。但是別忘記第3行的gluLookAt()先把東西都推離了3的距離，再把球更推離了4的距離，而這個glLoadIdentity()的存在，抹殺了gluLookAt()的目的，導致球只離攝影機4的距離，結果錯誤。

因此，你可以說：" 那我把glLoadIdentity()拿掉吧! "，會造成什麼結果? 結果就是每次球旋轉時，也相對的更遠了一點，結果還是錯。

從這邊可以發現，其實，我們並不是要一個會把CM完全清空的方法，也不是放任不管，而是我們需要一個手段可以"記錄CM的樣子"，並且在事情做完後，CM可以回復到"之前記憶的樣子"，而這就是glPushMatrix()和glPopMatrix()的功能!!

glPushMatrix()將當前矩陣push入一個stack，反之glPopMatrix()取出stack頂端的矩陣，因此我們就可以"記憶gluLookAt()後的CM長像"，並且在所有轉換都做完之後，又再度回到"gluLookAt()後的CM長像"，而且重點是這兩個函數是硬體實作且hard dependent，速度更快，因此可以用一句話形容：

glPushMatrix()是記住自己現在的位置，而glPopMatrix()是回到之前記住的位置!!


所以當你需要記住目前位置，且要再回到原位，而撰寫程式時不想要一直考慮CM有沒有跑掉的時後，就是使用這兩個函數的時機點了。


而stack的深度與硬體有關，可以用glGetIntegerv(GL_MAX_MODELVIEW_STACK_DEPTH, *GLint *params)來查詢，或者到OpenGL capabilities report: GL_MAX_MODELVIEW_STACK_DEPTH查詢你的顯示卡/顯示晶片是否是常見的32深度。