#WPF的3D开发技术基础梳理

Posted 2021-11-26 lonelyxmas

原文:#WPF的3D开发技术基础梳理

自学WPF已经有半年有余了，一遍用，一边学。但是一直没有去触摸WPF的3D开发相关技术，因为总觉得在内心是一座大山，觉得自己没有能力去逾越。最近因为一个项目的相关原因，需要用的3D技术，虽然内心没有底只能硬着头皮上了。最后效果还不错。
开发完之后，对WPF的开发小有所感，于是打算写下来，把相关知识梳理下。给正在学习WPF技术伙伴们一点帮助。
能力平平，知识有限，如有错误，还望雅正。

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   作为微软推广的一门软件开发技术，肯定会遵循一个基本准则：怎么方便怎么来，怎么舒服怎么来。说的有点带色彩，但理没错。我们在学习这些知识的时候，我们可以先换一个角度来思考这样一个问题：假如微软砸一亿（YY一下），让你去开发一门技术，用来做出各种各样超炫的3D场景，你会大致怎么下手：
   我不知道你具体会怎么办，但是一想到3D里面各种各样的形状，颜色等等....我们肯定也都会在内心想，要设计出这么技术，肯定要把这么元素分开来搞。没错，微软的那帮专家们也是这么想的，大家英雄所见略同呀，哈哈。
   下面就一一来介绍这些需要分开的元素了

1. 类 Viewport3D

首先需要介绍的就是Viewport3D类。Viewport3D官方解释是呈现 Viewport3D 元素的二维布局范围内包含的三维内容。说的有些拗口，说白了就是首先你展现你的3D，你就必须有一个可以放你3D内容的盒子，存放你3D元素。本质和那些grid什么的控件一样。

这是csdn 的专业解释：https://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/system.windows.controls.viewport3d.aspx
属性太多，就不一一解释了，但是有2个元素要重点说名下。
假设一下，viewport是一个箱子，全密封的。里面黑不溜秋，啥也看不见。但是里面放了一些东西：比如说一把椅子。你要通过画面感的东西，告诉别人里面有什么东西，而不是文字性的东西。
你就会想：这个箱子里面那么黑，至少需要有一盏等吧，才能看的清。没错，微软的专家们也是这么想的，于是他们就给Viewport里面加一个Children————Light。

1.1 Light

但现实中Light也分好几种呀，有一束光的形式的、也有手术台上的那种无影灯，还有其它各种各样的。
在WPF里面，也有好几种灯：AmbientLight、DirectionalLight、PointLight和SpotLight。   
    1、AmbientLight是不自然的光，会近似照亮整个场景。使用这种光看不到边界。
    2、DirectionalLight定义了定向光。太阳光就是一种定向光，光线来自一边，此时可以看到边界和阴影。
    3、PointLight是一种位于指定位置的光，会照亮所有的方向。
    4、SpotLight照亮指定的方向。这个光定义了一个圆锥的形象，会得到一个发出光亮的区域。
具体实际开发过程中需要哪种灯光效果去看清箱子里面的东西，大家就自己选了。

1.2 Camera

说到这，现在箱子里面有了光，但是不行呀，因为箱子密不透风，还是从外面看不出来你里面有什么了。要是能在箱子上凿一个洞，不仅能借到光，也能看清楚箱子里面有什么了。
凿洞是个解决方法，但不是个好办法，整点高科技的：Camera(摄像机)；箱子上面装了个摄像机。
Camera有了、但是问题又来了：这摄像机怎么摆呢？这朝天看呢，还是朝地上。
要解决这个问题，就要用到Position（位置）、LookDirection（位置方向）、UpDirection（摄像机上面的方面）、FieldOfView（镜头角度）、NearPlaneDistance（近端距离）、FarPlaneDistance(远端距离)。
1、Position:顾名思义就是一个空间的点（Point3D），来表示摄像机的位置。
2、LookDirection：就是摄像机镜头朝看的方向（Vector3D）。
3、UpDirection：就是摄像机上面的方向（Vector3D）。
4、FieldOfView：这个摄像机是一个单反，可以自动变焦的。而FileofView 就是摄像机调节焦距的参数。可以通过调节这个参数，来拉近或者放远这些参数。
5、NearPlaneDistance：近端距离 
6、FarPlaneDistance：远端距离

摄像机基本这样愉快的设定好了。

2 类ModelVisual3D

箱子灯也有了，摄像机也有了，现在就差主角————箱子里面的宝贝了，首先上场的就是ModelVisual3D。
ModelVisual3D，顾名思义，就是看到的3D模型。
构建一个3D模型，很显然，首先要明确这个模型的现状，然后再明确这个形状的材质，也就是画刷。

2.1 GeometryModel3D

GeometryModel3D类就是定义模型的几何形状的类。首先要明确一个概念：就是任何几何形状都可以用一定数量三角形来构成。比如说一个正方形就是2个三角形构成的。 就是按照这个思路完成的。
GeometryModel3D主要有geometry（几何形状）、和Material（材质）设定。
GeometryModel3D的geometry是MessGeometry3D（纹理几何3D）,（不要问我为什么，我暂时也不知道，待我仔细需找找资料）
**MessGeometry3D是这一里的重点了**。
MessGeometry3D有4个且有关键的属性：Position(几何内顶点的集合）、Normals（法向量集合）、TextureCoordinates（纹理坐标集合）、TrianglenIndices(三角形索引集合)。
1、Position：先说说这个顶点。
在wpf里面，有一个xyz的三维坐标。如下图所示：
![三维坐标](https://img-blog.csdn.net/20150328235600769)
一个几个形状参考这样一个几何图形，构成相应的点(Point3D)的集合。如果一个正方形会有8个点。
P1(1 0 -1）
P2(-1 0 -1）
P3(-1 0 1）
P4(1 0 1）
P5(1 1 -1）
P6(-1 2 -1）
P7(-1 3 1）
P8(1 4 1）
(这些点，大家可以画在一个草稿上)
2、TrianglenIndices：三角索引集合。
有了点的集合，但是如何将这些点构成一个个面呢，而且是构成我们想要的面呢？
只有当构成的面正确了，然后再能构成我们想要的几何形状。
三角形索引就是帮助我们构成面的。
三角形索引就是按照我们点的顺序（从0开始）逆时针（以所需要面为正面）描出来。我们上面说了2个三角形可以构造一个正方形。所以一个长方体需要12个三角形。
023   012  014   154  165  126  276  247  037  074  456  467 

3、TextureCoordinates：纹理坐标用于确定将 Material 映射到构成网格的三角形的顶点的方式。
对于一个面，WPF里面规定
左上角（0 0）           右上角（1 0）
左下角（0 1）           右下角（1 1）

比如这个立方体底部的面  正常的顺序是 P1 P2 P3 P4  
也就是 01 10 11 01  
这个是正常的顺序，

！了的样这是就能可，果效示显那 

4 Normals 法向量集合
学过几何的人都知道立体几何里面有一个法向量，它是与说描述的面成一个垂直的关系。在这里面也是与定义网格的每个三角形的面垂直的向量。 法向量用于确定是否亮显给定三角形面。如果指定了三角形索引，则将考虑相邻面来生成法向量。

Geometry3D的几何纹理说完了，就是Material（材质）了。
这个比较简单
有DiffuseMaterial 扩散材质，可以类比为普通的白石灰墙那种材质
SpecularMaterial 透视材质  可以类比为家里普通的窗户玻璃材质
EmissiveMaterial 放射性材质 额 这个家里貌似都不太有  大家自行脑补吧

各个材质有画刷属性，通过画刷属性，可以为材质图上不同的颜色、甚至是图案画刷等等。

通过完整为以上设置，及调整，基本就可以出来我们想要的3D图形了。可能结构有些乱，我再来一张图表示下：

![这里写图片描述](https://img-blog.csdn.net/20150329005744356)

3 类Viewport2DVisual3D

上面描述的是重新绘制的3D模型作为内容、但是wpf也可以将其它普通控件，如Button、Image、TextBox变成3D立体呈现的效果。这个时候就需要接下来介绍的Viewport2DVisual3D.
与ModelVisual3D系统，也需要设置Geometry属性（既是messgeometry3D),还有Matrail(材质)。
还有个visual属性即我们需要立体呈现的控件元素了。

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初稿先写到这，示例代码或者需要修改或者补充的到时再继续完善。
2015年3月29日01:12:57