WPF 3D 常用的幾個(gè)類(lèi)及其關(guān)系

1.  Visual 類(lèi)

     所有二維可視化元素的基類(lèi)，為 WPF 中的呈現(xiàn)提供支持，其中包括命中測(cè)試、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和邊界框計(jì)算。

     Visual 對(duì)象是一個(gè)核心 WPF 對(duì)象，其主要作用是提供呈現(xiàn)支持。用戶界面控件（例如 Button 和 TextBox）派生自 Visual 類(lèi)，并使用 Visual 定義的屬性來(lái)保存它們所呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)。Visual 對(duì)象可對(duì)下列功能提供支持：

輸出顯示：為可視對(duì)象呈現(xiàn)持久的序列化繪圖內(nèi)容。
轉(zhuǎn)換：對(duì)可視對(duì)象執(zhí)行轉(zhuǎn)換。
剪輯：為可視對(duì)象提供剪輯區(qū)域支持。
命中測(cè)試：確定指定的坐標(biāo)（點(diǎn)）或幾何圖形是否包含在可視對(duì)象的邊界內(nèi)。
邊界框計(jì)算：確定可視對(duì)象的邊框。
 

2. Visual3D 類(lèi)

      所有三維可視化元素的基類(lèi)，提供可視三維對(duì)象通用的服務(wù)和屬性，其中包括命中測(cè)試、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和邊界框計(jì)算。

3.  Viewport3D類(lèi)

      為三維可視內(nèi)容提供呈現(xiàn)圖面。

      此控件顯示三維內(nèi)容，同時(shí)提供與二維布局（如剪輯、高度和寬度及鼠標(biāo)事件）一致的屬性。

當(dāng)此控件作為布局元素（如 Canvas）的內(nèi)容包含時(shí)，可通過(guò)設(shè)置其 Height 和 Width 屬性（繼承自 FrameworkElement）來(lái)指定 Viewport3D 的大小。

      Viewport3D 可提供三維場(chǎng)景級(jí)別的命中測(cè)試。 調(diào)用 HitTest 方法可返回有關(guān)命中可視對(duì)象、模型、網(wǎng)格和交點(diǎn)的詳細(xì)命中結(jié)果信息。

4. Viewport3DVisual 類(lèi)

在指定的二維視區(qū)邊界內(nèi)呈現(xiàn) Visual3D 子對(duì)象。

Viewport3DVisual 是具有三維子對(duì)象的二維 Visual 對(duì)象。Viewport3DVisual 為 Viewport3D 元素提供了必需的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。 大多數(shù)用戶都需要使用 Viewport3D 元素。

Viewport3DVisual 在二維 Visual 和 Visual3D 對(duì)象之間起到橋梁作用。Visual3D 類(lèi)是所有三維可視化元素的基類(lèi)。Viewport3DVisual 要求您定義一個(gè) Camera 值和一個(gè) Viewport 值?？梢越柚障鄼C(jī)來(lái)查看場(chǎng)景。投影映射到二維圖面的區(qū)域稱作視區(qū)。

 繼承層次結(jié)構(gòu)
System..::.Object
  System.Windows.Threading..::.DispatcherObject
    System.Windows..::.DependencyObject
      System.Windows.Media..::.Visual
        System.Windows.Media.Media3D..::.Viewport3DVisual

5. Model3D 類(lèi)
      為三維模型提供功能的抽象類(lèi)。此類(lèi)對(duì)象包括 GeometryModel3D 和 Light。
     
 繼承層次結(jié)構(gòu)
System..::.Object
  System.Windows.Threading..::.DispatcherObject
    System.Windows..::.DependencyObject
      System.Windows..::.Freezable
        System.Windows.Media.Animation..::.Animatable
          System.Windows.Media.Media3D..::.Model3D
            System.Windows.Media.Media3D..::.GeometryModel3D
            System.Windows.Media.Media3D..::.Light
            System.Windows.Media.Media3D..::.Model3DGroup

6. ModelVisual3D 類(lèi)
包含三維模型的 Visual。提供所有可視對(duì)象通用的服務(wù)和屬性，其中包括命中測(cè)試、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和邊界框計(jì)算。
 繼承層次結(jié)構(gòu)
System..::.Object
  System.Windows.Threading..::.DispatcherObject
    System.Windows..::.DependencyObject
      System.Windows.Media.Media3D..::.Visual3D
        System.Windows.Media.Media3D..::.ModelVisual3D

7. GeometryModel3D 類(lèi)
      創(chuàng)建由一個(gè) MeshGeometry3D 和一個(gè) Material 構(gòu)成的三維模型。
 繼承層次結(jié)構(gòu)
System..::.Object
  System.Windows.Threading..::.DispatcherObject
    System.Windows..::.DependencyObject
      System.Windows..::.Freezable
        System.Windows.Media.Animation..::.Animatable
          System.Windows.Media.Media3D..::.Model3D
            System.Windows.Media.Media3D..::.GeometryModel3D

8.  MeshGeometry3D 類(lèi)
 
用于生成三維形狀的三角形基元。

 繼承層次結(jié)構(gòu)
System..::.Object
  System.Windows.Threading..::.DispatcherObject
    System.Windows..::.DependencyObject
      System.Windows.Media..::.Visual
        System.Windows..::.UIElement
          System.Windows..::.FrameworkElement
            System.Windows.Controls..::.Viewport3D

 繼承層次結(jié)構(gòu)
System..::.Object
  System.Windows.Threading..::.DispatcherObject
    System.Windows..::.DependencyObject
      System.Windows.Media..::.Visual
        System.Windows..::.UIElement
          System.Windows..::.FrameworkElement
            System.Windows.Controls..::.Viewport3D

WPF中的3D特性，其中包含了開(kāi)始使用該特性的信息。

提示：

WPF中的3D特性在System.Windows.Media.Media3D命名空間中。

為了理解WPF中的3D特性，一定要知道坐標(biāo)系統(tǒng)之間的區(qū)別。圖35-22顯示了WPF 3D中的坐標(biāo)系統(tǒng)。原點(diǎn)位于中心。X軸的正值在右邊，負(fù)值在左邊。Y軸是垂直的，正值在上邊，負(fù)值在下邊。Z軸在指向觀察者的方向上定義了正值。

圖  35-22

表35-9描述了最重要的類(lèi)及其功能。

表  35-9

三角形

本節(jié)從一個(gè)簡(jiǎn)單的3D示例開(kāi)始。3D模型由三角形組成，所以最簡(jiǎn)單的模型是一個(gè)三角形。三角形用MeshGeometry3D的Positions屬性定義。3個(gè)頂點(diǎn)都使用相同的z坐標(biāo)-4，x、y坐標(biāo)分別為-1-1、1-1和01。屬性TriangleIndices指定了逆時(shí)針的位置順序。使用這個(gè)屬性可以確定三角形的哪一邊是可見(jiàn)的。三角形的一邊顯示了用GeometryModel3D類(lèi)的Meterial屬性定義的顏色，其他邊顯示了BackMeterial屬性定義的顏色。

用于顯示場(chǎng)景的攝像機(jī)位于坐標(biāo)0,0,0，其方向指向0,0,-8。把攝像機(jī)的位置改變到左邊，矩形就移動(dòng)到右邊，反之亦然。改變攝像機(jī)的y位置，矩形就會(huì)變大或變小。

這個(gè)場(chǎng)景中使用的光線是AmbientLight，它用白色光照亮了整個(gè)場(chǎng)景。圖35-23顯示了三角形的效果。

< Window x:Class="Triangle3D.Window1"
xmlns="< Grid >
< Viewport3D >
< Viewport3D.Camera >
< PerspectiveCamera Position="0 0 0" LookDirection="0 0 -8" / >
< /Viewport3D.Camera >

< ModelVisual3D >
< ModelVisual3D.Content >
< AmbientLight Color="White" / >
< /ModelVisual3D.Content >
< /ModelVisual3D >

< ModelVisual3D >
< ModelVisual3D.Content >
< GeometryModel3D >
< GeometryModel3D.Geometry >
< MeshGeometry3D
Positions="-1 -1 -4, 1 -1 -4, 0 1 -4"
TriangleIndices="0, 1, 2" / >
< /GeometryModel3D.Geometry >
< GeometryModel3D.Material >
< MaterialGroup >
< DiffuseMaterial >
< DiffuseMaterial.Brush >
< SolidColorBrush Color="Red" / >
< /DiffuseMaterial.Brush >
< /DiffuseMaterial >
< /MaterialGroup >
< /GeometryModel3D.Material >
< /GeometryModel3D >
< /ModelVisual3D.Content >
< /ModelVisual3D >
< /Viewport3D >
< /Grid >
< /Window >

圖  35-23

1. 改變光線

圖35-23僅顯示了一個(gè)簡(jiǎn)單的三角形，它與2D的效果相同。但是，下面將繼續(xù)添加3D特性。例如，用SpotLight元素把環(huán)境光改為聚光燈，就可以看到三角形的另一個(gè)外觀，使用聚光燈可以定義光源的位置和光線的照射方向。給光源的位置指定-1 1 2，光就位于三角形的左邊頂點(diǎn)處，其y坐標(biāo)是三角形的高度。之后，光線向下向左照射。圖35-24顯示了三角形的新外觀。

< ModelVisual3D >
< ModelVisual3D.Content >
< SpotLight Position="-1 1 -2" Color="White"
Direction="-1.5, -1, -5" / >
< /ModelVisual3D.Content >
< /ModelVisual3D >

圖  35-24

2. 添加紋理

除了給三角形的材質(zhì)使用純色筆刷之外，還可以使用其他筆刷，例如LinearGradient- Brush，如下面的XAML代碼所示。用DiffuseMeterial定義的LinearGradientBrush元素指定了黃色、橙色、紅色、藍(lán)色和紫羅蘭色的漸變點(diǎn)。要把使用這種筆刷的對(duì)象的2D表面映射到3D幾何體上，必須設(shè)置TextCoordinates屬性。TextCoordinates定義了2D點(diǎn)的集合，它可以映射到3D位置上。圖35-25顯示了示例應(yīng)用程序中筆刷的2D坐標(biāo)。三角形中的第一個(gè)位置-1-1映射到筆刷坐標(biāo)0 1上，右下角的位置1 -1映射到筆刷的1 1上，即紫羅蘭色；0 1映射到0.5 0上。圖35-26顯示了材質(zhì)為漸變筆刷的三角形，這里也使用了環(huán)境光。

圖  35-25

圖  35-26

< ModelVisual3D >
< ModelVisual3D.Content >
< GeometryModel3D >
< GeometryModel3D.Geometry >
< MeshGeometry3D
Positions="-1 -1 -4, 1 -1 -4, 0 1 -4"
TriangleIndices="0, 1, 2"
TextureCoordinates="0 1, 1 1, 0.5 0" / >
< /GeometryModel3D.Geometry >

< GeometryModel3D.Material >
< MaterialGroup >
< DiffuseMaterial >
< DiffuseMaterial.Brush >
< LinearGradientBrush StartPoint="0,0"
EndPoint="1,1" >
< GradientStop Color="Yellow" Offset="0" / >
< GradientStop Color="Orange" Offset="0.25" / >
< GradientStop Color="Red" Offset="0.50" / >
< GradientStop Color="Blue" Offset="0.75" / >
< GradientStop Color="Violet" Offset="1" / >
< /LinearGradientBrush >
< /DiffuseMaterial.Brush >
< /DiffuseMaterial >
< /MaterialGroup >
< /GeometryModel3D.Material >
< /GeometryModel3D >
< /ModelVisual3D.Content >
< /ModelVisual3D >

提示：

可以用類(lèi)似的方式添加文本和其他控件。為此，只需用要繪制的元素創(chuàng)建VisualBrush。

3. 3D對(duì)象

下面研究真正的3D對(duì)象：立方體。立方體由5個(gè)矩形組成：后面、前面、左面、右面和底面。每個(gè)矩形都由兩個(gè)三角形組成，因?yàn)檫@是網(wǎng)格的核心。在WPF和3D術(shù)語(yǔ)中，網(wǎng)格用于描述建立3D形狀的基本三角形。

下面是立方體中前面矩形的代碼，該矩形由兩個(gè)三角形組成。三角形的位置按TriangleIndies定義的逆時(shí)針設(shè)置。立方體的前面用紅色的筆刷繪制，后面用灰色筆刷繪制。這兩個(gè)筆刷都是SolidColorBrush類(lèi)型，用Window的資源定義。

< !-- Front -- >
< GeometryModel3D >
< GeometryModel3D.Geometry >
< MeshGeometry3D
Positions="-1 -1 1, 1 -1 1, 1 1 1, 1 1 1,
-1 1 1, -1 -1 1"
TriangleIndices="0 1 2, 3 4 5" / >
< /GeometryModel3D.Geometry >
< GeometryModel3D.Material >
< DiffuseMaterial Brush="{StaticResource redBrush}" / >
< /GeometryModel3D.Material >
< GeometryModel3D.BackMaterial >
< DiffuseMaterial Brush="{StaticResource grayBrush}" / >
< /GeometryModel3D.BackMaterial >
< /GeometryModel3D >

其他矩形非常類(lèi)似，只是在不同的位置上。下面是立方體左面的XAML代碼：

< !-- Left side -- >
< GeometryModel3D >
< GeometryModel3D.Geometry >
< MeshGeometry3D
Positions="-1 -1 1, -1 1 1, -1 -1 -1, -1 -1 -1, -1 1 1,
-1 1 -1"
TriangleIndices="0 1 2, 3 4 5" / >
< /GeometryModel3D.Geometry >
< GeometryModel3D.Material >
< DiffuseMaterial Brush="{StaticResource redBrush}" / >
< /GeometryModel3D.Material >
< GeometryModel3D.BackMaterial >
< DiffuseMaterial Brush="{StaticResource grayBrush}" / >
< /GeometryModel3D.BackMaterial >
< /GeometryModel3D >

提示：

示例代碼為立方體的每個(gè)面定義了一個(gè)GeometryModel3D，僅是為了更好地理解代碼。只要每個(gè)面都使用相同的材質(zhì)，就可以定義一個(gè)網(wǎng)格，它包含立方體所有面的全部10個(gè)三角形。

所有的矩形都在Model3DGroup中組合，所以可以對(duì)立方體的所有面進(jìn)行變換：

< !-- the model -- >
< ModelVisual3D >
< ModelVisual3D.Content >
< Model3DGroup >

< ! - GeometryModel3D elements for every side of the box -- >

< /Model3DGroup >

使用Model3DGroup的Transform屬性，就可以變換這個(gè)組中的所有幾何體。下面使用RotateTransform3D定義一個(gè)AxisAngleRotation3D。要在運(yùn)行期間旋轉(zhuǎn)立方體，Angle屬性要綁定到Slider控件的值上。

< !-- Transformation of the complete model -- >
< Model3DGroup.Transform >
< RotateTransform3D CenterX="0" CenterY="0" CenterZ="0" >
< RotateTransform3D.Rotation >
< AxisAngleRotation3D x:Name="axisRotation"
Axis="0, 0, 0"
Angle="{Binding Path=Value,
ElementName=axisAngle}" / >
< /RotateTransform3D.Rotation >
< /RotateTransform3D >
< /Model3DGroup.Transform >

為了查看立方體，需要一個(gè)攝像機(jī)。這里使用PerspectiveCamera，因此立方體離攝像機(jī)越遠(yuǎn)，就越小。攝像機(jī)的位置的方向在運(yùn)行期間設(shè)置。

< !-- Camera -- >
< Viewport3D.Camera >
< PerspectiveCamera x:Name="camera"
Position="{Binding Path=Text,
ElementName=textCameraPosition}"
LookDirection="{Binding Path=Text,
ElementName=textCameraDirection}" / >
< /Viewport3D.Camera >

應(yīng)用程序使用兩個(gè)不同的光源，其中一個(gè)光源是DirectionalLight：

< !-- directional light -- >
< ModelVisual3D >
< ModelVisual3D.Content >
< DirectionalLight Color="White" x:Name="directionalLight" >
< DirectionalLight.Direction >
< Vector3D X="1" Y="2" Z="3" / >
< /DirectionalLight.Direction >
< /DirectionalLight >
< /ModelVisual3D.Content >
< /ModelVisual3D >

另一個(gè)光源是SpotLight。使用這個(gè)光源可以突出顯示立方體的一個(gè)特定區(qū)域。SpotLight定義了屬性InnerConeAngle和OuterConeAngle，以指定完全照亮的區(qū)域：

< !-- spot light -- >
< ModelVisual3D >
< ModelVisual3D.Content >
< SpotLight x:Name="spotLight"
InnerConeAngle="{Binding Path=Value,
ElementName=spotInnerCone}"
OuterConeAngle="{Binding Path=Value,
ElementName=spotOuterCone}"
Color="#FFFFFF"
Direction="{Binding Path=Text, ElementName=spotDirection}"
Position="{Binding Path=Text, ElementName=spotPosition}"
Range="{Binding Path=Value, ElementName=spotRange}" / >
< /ModelVisual3D.Content >
< /ModelVisual3D >

運(yùn)行應(yīng)用程序，就可以改變立方體的旋轉(zhuǎn)角度、攝像機(jī)和燈光，如圖35-27所示。

圖  35-27

提示：

創(chuàng)建僅包含矩形或三角形的3D模型是很簡(jiǎn)單的。不應(yīng)手工創(chuàng)建更復(fù)雜的模型，而應(yīng)使用對(duì)應(yīng)的工具。WPF的3D工具在www.codeplex/3DTools上。