WPF 3D开发教程

Posted 2021-03-15 lonelyxmas

原文:WPF 3D开发教程（一）

一、3D基础知识

1.1 坐标系

我们知道，在2D平面绘图时，WPF使用的坐标系（其实计算机上的图形处理一般都是这样）是以屏幕左上角为原点，向右为x轴正方向，向下为y轴正方向。而WPF的3D坐标系，取区域中心为原点，向右为x轴正方向，向上为y轴正方向，z轴正方向垂直于屏幕指向我们。

这是一个右手系，读者可以伸出自己的右手，做下图所示动作。拇指、食指、中指分别代表x、y、z轴。

1.2 3D世界的元素

事实上，电脑屏幕是一个2D平面，3D物体要在此平面中显示，需要有一个投影。投影的方式很多，我们后面会谈到。WPF中使用Viewport3D作为3D物体的显示容器，我们可以把它理解为2D绘图时的Canvas。

除此之外，我们还需要一些额外的属性，才能描述一个3D世界的物体。

首先，如果世界没有光，我们就看不到任何东西，所以我们需要一个光源。

有了光源，如果物体是透明的，我们同样看不到它。所以物体上面有纹理，最简单的就是一种颜色。

我们看物体时，近大远小，岑桑画杨桃画出五角星，这说明，从不同的距离、不同的角度去看物体，会得到不同的画面。我们用一个叫做相机的元素去描述这些。

1.3 由三角形表示的物体

3D物体有点云、体素网格、三角网格、多视图表示等表示方法，WPF采用三角网格法，如下图所示：

显而易见，一个物体使用越多三角形去表示，表面就会越细腻，但这会增加渲染的计算量。

在三维空间，一个表是有正反之分的。WPF只会渲染“正面”，“反面”都是一片漆黑的。那正面和反面是怎么定义的呢？

一个三角形有三个顶点，这三个顶点有一个排列顺序。同样利用右手定则，我们的四指（除拇指外）沿着顶点旋转，则大拇指的指向就是正面。如上面所示，如果三角形的顶点定义是0、1、2，那么朝向我们的那个面就是正面。相反，如果定义是0、2、1，那么我们只看到三角形的底面，是没有被渲染的。