WPF中的三维空间(1)

原文:WPF中的三维空间(1)

WPF中可以创建三维几何图形，支持3D对象的应用，支持从3D Max等软件将3D文件obj导入设计中，但是目前还不支持将材质同时导入，这样需要在WPF中对3D对象重新设置颜色或贴图。

2.10.1 WPF中的三维空间

1．三维空间坐标

WPF中二维图形的坐标系原点定位在呈现区域（屏幕）的左上角，其X 轴上的正方向朝右，Y轴的正向朝下。 在WPF的三维坐标系中，原点一般位于在WPF中创建的三维对象的中心（导入的三维对象的情况就不一定了，比如从3DMax中导入的obj文件），三维坐标的X 轴正方向朝右，Y轴的正方向朝上，Z轴的正方向从原点向外朝向观察者。

图2-191
三维空间坐标

图2-191给出了WPF三维空间坐标系（X：红色，Y：绿色，Z：蓝色），两个坐标轴之间的弧线表示可以旋转，其中：

Y-Z之间的弧线（红色）表示可以围绕X轴旋转；

X-Z之间的弧线（绿色）表示可以围绕Y轴旋转；

X-Y之间的弧线（蓝色）表示可以围绕Z轴旋转。

2．照相机及典型位置

照相机是观察者观察三维对象形态和位置的工具，照相机的位置坐标及与对象的距离直接影响到三维对象的呈现。WPF中的相机有正交相机（OrthographicCamera）和透视（远景）相机（PerspectiveCamera）两类，从观察者的角度来说前者对观察对象没有透视感，远近都一样。后者的工作原理与普通照相机镜头类似，对象离照相机越远，看起来就越小，观察到的对象则有远小近大的效果。

照相机的位置坐标是可以变化的，一个典型的透视相机位置设置如图2-192所示。

图2-192
典型的透视相机位置设置

图2-192中，当相机位置靠近Z轴中心时，即Z坐标值变小，观察到的对象变大，当相机位置远离Z轴中心时，即Z坐标值变大，观察到的对象变小。

照相机的位置就是观察者的位置，相机的位置可以任意设置，这样观察到的三维对象的“形象”就会发生变化，在三维场景中正确设置相机位置很重要，图2-192是一个典型设置。

3．材料

三维对象使用的材料分三类：

漫射材料：确定三维对象在直射光（白光）照射下的颜色，其作用就如同墙面喷漆一样。

放射材料：使对象产生发光效果。光的颜色由材料的颜色决定。

反射材料：控制三维对象上高光反射区域的颜色。高光反射区域指在金属铬等光滑亮泽表面上看到的光亮区域。

4．光的分类

照射在三维对象上的光线分为4类，如图2-193所示。

图2-193
光的分类

（1）环境光：环境光将光投向各个方向，使所有对象均匀受光。如果只用环境光，则

对象可能会显得褪色，而且颜色单一。为了获得最佳效果，需要使用其他光。如图2-193左一图。

（2）投射光：投射光所投射的光如同聚光灯一般，光从发光位置发出，并在锥形区域内传播。投射光不会影响到位于锥形发光区域以外的那部分三维对象。如图2-193左二图。

（3）定向光：定向光沿着特定的方向均匀平行投射，就像太阳光一样。如图2-193左三图。

（4）点光：点光从一个点向所有方向投射光，就像普通的灯泡一样。如图2-193右图。

2.10.2 WPF三维空间的元素

1．Viewport3D控件

Expression Blend中提供了Viewport3D控件，这是三维对象元素的上层容器，是相机对象元素Camera、三维图形呈现对象元素ModelVisual3D的集合。添加obj对象到【设计面板】后就自动建立了1个Viewport3D控件，在【对象和时间线】面板中可以看到，其中包含下列属性设置：

（1） Camera：相机，可以在【属性】面板选择以下属性设置：

相机类型：远景相机、正交相机及有关参数；

Position：照相机在三维空间中的位置；

Direction：照相机在三维空间中的拍摄方向；

UP Vector：正向矢量，指定此照相机的“上方”所指的方向。

Perspective Field of
View：透视视野，仅适用于远景相机，较小的数值会减少对象因远景拍摄而变形的程度。较大的数值会像使用鱼眼镜头一样导致对象大幅变形。

Near Clipping Plane/Far Clipping Plane：近点/远点剪切平面，可控制对象与照相机之间的最近或最远距离，超出上述距离的对象将从所呈现的视图中消失。

（2）AmbientLight：环境光色彩设置，可以在上述的光类型中选择需要的光源。

（3）DirectionLight：定向光色彩设置，可以在上述的光类型中选择需要的光源。

（4）DefaultMaterial：材质设置，可以在前面介绍的材料类型中选择，可以选择图形刷资源。

2．ModelVisual3D元素

三维元素ModelVisual3D可以再包含多个ModelVisual3D子元素，比如灯光，三维造型。

3．GeometryModel3D元素

GeometryModel3D是ModelVisual3D子元素内的三维造型元素，材质是其属性，而三维图形构建又由最底层网格元素MeshGeometry3D完成。

4．MeshGeometry3D元素

这是1个若干3D点（Point3D）的集合，每3个3D点按一定环绕方向组成1个三角形，WPF采用逆时针的环绕方向，符合所谓“右手法则”，即垂直竖起右手的大拇指，弯曲其余4指，其余4指指向正是三角形的环绕方向，大拇指的指向是三角形的正面，反向是其背面，如图2-194所示，正是这些三角形构成了WPF中的三维造型世界。

图2-194
MeshGeometry3D图

图2-195是【对象和时间线】面板呈现的1个三维对象元素的列表，可以看出上面所说的三维元素之间的关系。

图2-195
三维对象元素

图2-195中有1个Viewport3D控件，其中有1个Camera元素，1个名为“World”的三维元素ModelVisual3D，这是多个ModelVisual3D元素的集合，“AmbientLightContainer”、“DirectionalLightContainer”和“RootGeometryContainer”均属于ModelVisual3D元素，其中“RootGeometryContainer”元素又包含多个ModelVisual3D子元素，如“Cylinder01”、“Cylinder02”等。“Cylinder01”中又包含GeometryModel3D
元素。