WPF中的三維空間(1)

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WPF中可以創(chuàng)建三維幾何圖形，支持3D對象的應(yīng)用，支持從3D Max等軟件將3D文件obj導(dǎo)入設(shè)計(jì)中，但是目前還不支持將材質(zhì)同時(shí)導(dǎo)入，這樣需要在WPF中對3D對象重新設(shè)置顏色或貼圖。

2.10.1 WPF中的三維空間

1．三維空間坐標(biāo)

WPF中二維圖形的坐標(biāo)系原點(diǎn)定位在呈現(xiàn)區(qū)域（屏幕）的左上角，其X 軸上的正方向朝右，Y軸的正向朝下。 在WPF的三維坐標(biāo)系中，原點(diǎn)一般位于在WPF中創(chuàng)建的三維對象的中心（導(dǎo)入的三維對象的情況就不一定了，比如從3DMax中導(dǎo)入的obj文件），三維坐標(biāo)的X 軸正方向朝右，Y軸的正方向朝上，Z軸的正方向從原點(diǎn)向外朝向觀察者。

圖2-191 三維空間坐標(biāo)

圖2-191給出了WPF三維空間坐標(biāo)系（X：紅色，Y：綠色，Z：藍(lán)色），兩個(gè)坐標(biāo)軸之間的弧線表示可以旋轉(zhuǎn)，其中：

Y-Z之間的弧線（紅色）表示可以圍繞X軸旋轉(zhuǎn)；

X-Z之間的弧線（綠色）表示可以圍繞Y軸旋轉(zhuǎn)；

X-Y之間的弧線（藍(lán)色）表示可以圍繞Z軸旋轉(zhuǎn)。

2．照相機(jī)及典型位置

照相機(jī)是觀察者觀察三維對象形態(tài)和位置的工具，照相機(jī)的位置坐標(biāo)及與對象的距離直接影響到三維對象的呈現(xiàn)。WPF中的相機(jī)有正交相機(jī)（OrthographicCamera）和透視（遠(yuǎn)景）相機(jī)（PerspectiveCamera）兩類，從觀察者的角度來說前者對觀察對象沒有透視感，遠(yuǎn)近都一樣。后者的工作原理與普通照相機(jī)鏡頭類似，對象離照相機(jī)越遠(yuǎn)，看起來就越小，觀察到的對象則有遠(yuǎn)小近大的效果。

照相機(jī)的位置坐標(biāo)是可以變化的，一個(gè)典型的透視相機(jī)位置設(shè)置如圖2-192所示。

圖2-192 典型的透視相機(jī)位置設(shè)置

圖2-192中，當(dāng)相機(jī)位置靠近Z軸中心時(shí)，即Z坐標(biāo)值變小，觀察到的對象變大，當(dāng)相機(jī)位置遠(yuǎn)離Z軸中心時(shí)，即Z坐標(biāo)值變大，觀察到的對象變小。

照相機(jī)的位置就是觀察者的位置，相機(jī)的位置可以任意設(shè)置，這樣觀察到的三維對象的“形象”就會發(fā)生變化，在三維場景中正確設(shè)置相機(jī)位置很重要，圖2-192是一個(gè)典型設(shè)置。

3．材料

三維對象使用的材料分三類：

漫射材料：確定三維對象在直射光（白光）照射下的顏色，其作用就如同墻面噴漆一樣。

放射材料：使對象產(chǎn)生發(fā)光效果。光的顏色由材料的顏色決定。

反射材料：控制三維對象上高光反射區(qū)域的顏色。高光反射區(qū)域指在金屬鉻等光滑亮澤表面上看到的光亮區(qū)域。

4．光的分類

   照射在三維對象上的光線分為4類，如圖2-193所示。

                                                圖2-193 光的分類

（1）環(huán)境光：環(huán)境光將光投向各個(gè)方向，使所有對象均勻受光。如果只用環(huán)境光，則

對象可能會顯得褪色，而且顏色單一。為了獲得最佳效果，需要使用其他光。如圖2-193左一圖。

（2）投射光：投射光所投射的光如同聚光燈一般，光從發(fā)光位置發(fā)出，并在錐形區(qū)域內(nèi)傳播。投射光不會影響到位于錐形發(fā)光區(qū)域以外的那部分三維對象。如圖2-193左二圖。 

（3）定向光：定向光沿著特定的方向均勻平行投射，就像太陽光一樣。如圖2-193左三圖。

（4）點(diǎn)光：點(diǎn)光從一個(gè)點(diǎn)向所有方向投射光，就像普通的燈泡一樣。如圖2-193右圖。

2.10.2 WPF三維空間的元素

    1．Viewport3D控件

Expression Blend中提供了Viewport3D控件，這是三維對象元素的上層容器，是相機(jī)對象元素Camera、三維圖形呈現(xiàn)對象元素ModelVisual3D的集合。添加obj對象到【設(shè)計(jì)面板】后就自動建立了1個(gè)Viewport3D控件，在【對象和時(shí)間線】面板中可以看到，其中包含下列屬性設(shè)置：

（1） Camera：相機(jī)，可以在【屬性】面板選擇以下屬性設(shè)置：

相機(jī)類型：遠(yuǎn)景相機(jī)、正交相機(jī)及有關(guān)參數(shù)；

Position：照相機(jī)在三維空間中的位置；

Direction：照相機(jī)在三維空間中的拍攝方向；

UP Vector：正向矢量，指定此照相機(jī)的“上方”所指的方向。

Perspective Field of View：透視視野，僅適用于遠(yuǎn)景相機(jī)，較小的數(shù)值會減少對象因遠(yuǎn)景拍攝而變形的程度。較大的數(shù)值會像使用魚眼鏡頭一樣導(dǎo)致對象大幅變形。

Near Clipping Plane/Far Clipping Plane：近點(diǎn)/遠(yuǎn)點(diǎn)剪切平面，可控制對象與照相機(jī)之間的最近或最遠(yuǎn)距離，超出上述距離的對象將從所呈現(xiàn)的視圖中消失。

（2）AmbientLight：環(huán)境光色彩設(shè)置，可以在上述的光類型中選擇需要的光源。

（3）DirectionLight：定向光色彩設(shè)置，可以在上述的光類型中選擇需要的光源。

（4）DefaultMaterial：材質(zhì)設(shè)置，可以在前面介紹的材料類型中選擇，可以選擇圖形刷資源。

2．ModelVisual3D元素

三維元素ModelVisual3D可以再包含多個(gè)ModelVisual3D子元素，比如燈光，三維造型。

3．GeometryModel3D元素

GeometryModel3D是ModelVisual3D子元素內(nèi)的三維造型元素，材質(zhì)是其屬性，而三維圖形構(gòu)建又由最底層網(wǎng)格元素MeshGeometry3D完成。

4．MeshGeometry3D元素

這是1個(gè)若干3D點(diǎn)（Point3D）的集合，每3個(gè)3D點(diǎn)按一定環(huán)繞方向組成1個(gè)三角形，WPF采用逆時(shí)針的環(huán)繞方向，符合所謂“右手法則”，即垂直豎起右手的大拇指，彎曲其余4指，其余4指指向正是三角形的環(huán)繞方向，大拇指的指向是三角形的正面，反向是其背面，如圖2-194所示，正是這些三角形構(gòu)成了WPF中的三維造型世界。

圖2-194 MeshGeometry3D圖

圖2-195是【對象和時(shí)間線】面板呈現(xiàn)的1個(gè)三維對象元素的列表，可以看出上面所說的三維元素之間的關(guān)系。

                                            圖2-195 三維對象元素

圖2-195中有1個(gè)Viewport3D控件，其中有1個(gè)Camera元素，1個(gè)名為“World”的三維元素ModelVisual3D，這是多個(gè)ModelVisual3D元素的集合，“AmbientLightContainer”、“DirectionalLightContainer”和“RootGeometryContainer”均屬于ModelVisual3D元素，其中“RootGeometryContainer”元素又包含多個(gè)ModelVisual3D子元素，如“Cylinder01”、“Cylinder02”等?！?span lang="EN-US" xml:lang="EN-US">Cylinder01”中又包含GeometryModel3D 元素。