WPF三维模型中的“照相机”

Posted 2020-09-19 老周

WPF 部分支持三维模型，为啥说是部分支持？毕竟 WPF 的侧重点还是在应用开发上，虽然也有些游戏是用 WPF 开发的，不过，老周想啊，如果真要开发游戏，最好用专门的框架，WPF 应当用于开发应用功能的。不过，动画、三维建模这些支持可以作为辅助，尤其是在 UI 上，适当地，可以增强一下。当然，不要为了装逼，弄得不伦不类的，那样就是主次不分了，现在有不少软件就是主次不分的。

在 WPF 中，要呈现三维模型，需要用到 Viewport3D ，它是三维对象的总容器，所有三维对象都应该放在这个容器中。本文老周不介绍三维对象的树结构，而是重点说说 Viewport3D 的一个重要配件——照相机。

其实，这个“照相机”，与我们现实世界中的照相机差不多，它是我们观察三维模型的一个入口，就好比我们从真实相机中的取景器去观察被摄对象一样，由于相机的视角广度有限（哪怕是广角镜头也是有限的），现实的被摄物体可以无限延展，但是，你在取景器中看到的只能是局部。道理也是一样的，在 WPF 的三维模型中，Camara 只是设定我们能看到三维对象的局部，而维对象本身也可能是无限延展的。

Viewport3D 对象有个 Camera 属性，用来设置一个合适的相机实例。照相机可以分为两大类：

第一类，MatrixCamera，它通过一个矩阵来描述照相机的参数，这个估计用得不多，因为挺复杂的，反正老周是不知道怎么用的。

第二类，ProjectionCamera，即带投影透视效果的照相机，它派生出两款相机，注意啊，不是佳能和尼康，是 PerspectiveCamera 和 OrthographicCamera。PerspectiveCamera相机比较好解，因为它是带透视效果的，这也符合我们灵长目类动物的视觉特征——离得近的物体看起来会大一些，离得远的物体会小一些，当然了，前提是物体大小接近，不然，这太阳比月球大太多了，所以，哪怕太阳离我们更远，看起来也比月亮大。而 OrthographicCamera 呢，它不太符合咱们灵长目动物的视觉特征，因为使用这个照相机后，所视物体就变成了正交，即不存在透视效果，没有距离之别，不管远的还是近的，都一样大。人要是能做到像正交镜头这样就好了，不管亲疏都一视同仁。有时候，人真的还不如代码友好，因为有些人会算计你，但代码不会，虽然有时候，代码会耍性子，让你又爱又恨，但是，它待你是真诚的，而人呢，也许只有少部分人能做得到，社会太缺诚信。

 

嗯，介绍完了几类照相机，相信大伙一定想看看效果。行，老周也想，要不，咱们试试。

为了简单，老周只建了一个正方体，而且这个正方体是衣裳不整的，只围了一条裙子，仅仅声明了左、前、右三个面。

        <Viewport3D>
            ……
            <!-- 模型，三个面 -->
            <ModelVisual3D>
                <ModelVisual3D>
                    <ModelVisual3D.Content>
                        <GeometryModel3D>
                            <GeometryModel3D.Geometry>
                                <MeshGeometry3D Positions="-2,4,0 -2,0,0 -2,0,4 -2,4,4" TriangleIndices="0,1,2,0,2,3"/>
                            </GeometryModel3D.Geometry>
                            <GeometryModel3D.Material>
                                <DiffuseMaterial Brush="Green"/>
                            </GeometryModel3D.Material>
                        </GeometryModel3D>
                    </ModelVisual3D.Content>
                </ModelVisual3D>
                <ModelVisual3D>
                    <ModelVisual3D.Content>
                        <GeometryModel3D>
                            <GeometryModel3D.Geometry>
                                <MeshGeometry3D Positions="-2,4,4 -2,0,4 2,0,4 2,4,4" TriangleIndices="0,1,2,0,2,3"/>
                            </GeometryModel3D.Geometry>
                            <GeometryModel3D.Material>
                                <DiffuseMaterial Brush="Blue"/>
                            </GeometryModel3D.Material>
                        </GeometryModel3D>
                    </ModelVisual3D.Content>
                </ModelVisual3D>
                <ModelVisual3D>
                    <ModelVisual3D.Content>
                        <GeometryModel3D>
                            <GeometryModel3D.Geometry>
                                <MeshGeometry3D Positions="2,4,4 2,0,4 2,0,0 2,4,0" TriangleIndices="0,1,2,0,2,3"/>
                            </GeometryModel3D.Geometry>
                            <GeometryModel3D.Material>
                                <DiffuseMaterial Brush="Red"/>
                            </GeometryModel3D.Material>
                        </GeometryModel3D>
                    </ModelVisual3D.Content>
                </ModelVisual3D>
            </ModelVisual3D>
            <!-- 灯光，用来照亮模型，不然就全黑一片了 -->
            <ModelVisual3D>
                <ModelVisual3D.Content>
                    <AmbientLight Color="Purple"  />
                </ModelVisual3D.Content>
            </ModelVisual3D>
        </Viewport3D>

AmbientLight 指的是环境光，即可以照亮整个模型的光，如果用 PointLight ，就是点光，类似于一个小灯泡，小蜡烛，只能照亮一点点空间。Color属性指定了这灯光是紫色的，紫光可以诱捕害虫，所以就用紫光了。

 

好，重点来了，我们先看看正交照相机。

        <Viewport3D>
            <Viewport3D.Camera>
                <OrthographicCamera Position="16,2,18" LookDirection="-1,0,-1" Width="10" />
            </Viewport3D.Camera>
           ……
        </Viewport3D>

Position 是指定照相机的位置，注意Z轴的坐标，如果Z轴值大于模型的Z轴值，那么镜头就在物体前面，反之在物体后面。因此，你可以设置 LookDirection 来调整相机的方向，Position是相机的位置，就好比你站在某个点拍照；而LookDirection是相机看的方向，就像你拿着相机可以拍你前面的妹子，也可以拍你左边的大爷，或者拍与你成30度夹角处的大叔。LookDirection指定你朝哪儿看。

如果相机位于物体前方，LookDirection 的Z轴值要小于0，因为Z轴的负方向是指向屏幕内部的，只有朝着负方向，才能看到物体；如果相机位于物体背面，那么Z轴的值就要大于0，就样才会朝向屏幕外部，看到物体。

正交相机看到的正方体如下图所示。

这是正方体的前面和侧面，但是，你都看到了，两个面一样大，按理说，正面应该要离我们近一些，但是，正交相机是不考虑这个的，在它眼中，世界都是平的。

 

下面我们再换一个透视效果的相机。

        <Viewport3D>
            <Viewport3D.Camera>
                <PerspectiveCamera Position="10,5,10" LookDirection="-2.5,-1,-2" />
            </Viewport3D.Camera>
            ……
        </Viewport3D>

相机位于物体的左前方，并且朝着物体的右下方观察。

此时，如下图所示，你会看到透视效果。

 

 

 也许，这个更符合我们在现实世界中的观察效果。

 

好了，又是开饭时间，今天就聊到这里吧，有空，改天咱们泡上一壶龙井茶，继续聊。