WPF中的三維空間(1)

WPF中可以建立三維幾何圖形，支援3D對象的應用，支援從3D Max等軟體将3D檔案obj導入設計中，但是目前還不支援将材質同時導入，這樣需要在WPF中對3D對象重新設定顔色或貼圖。

<b>2.10.1 WPF</b><b>中的三維空間</b>

1．三維空間坐标

WPF中二維圖形的坐标系原點定位在呈現區域（螢幕）的左上角，其X 軸上的正方向朝右，Y軸的正向朝下。 在WPF的三維坐标系中，原點一般位于在WPF中建立的三維對象的中心（導入的三維對象的情況就不一定了，比如從3DMax中導入的obj檔案），三維坐标的X 軸正方向朝右，Y軸的正方向朝上，Z軸的正方向從原點向外朝向觀察者。

圖2-191

三維空間坐标

圖2-191給出了WPF三維空間坐标系（X：紅色，Y：綠色，Z：藍色），兩個坐标軸之間的弧線表示可以旋轉，其中：

Y-Z之間的弧線（紅色）表示可以圍繞X軸旋轉；

X-Z之間的弧線（綠色）表示可以圍繞Y軸旋轉；

X-Y之間的弧線（藍色）表示可以圍繞Z軸旋轉。

2．照相機及典型位置

照相機的位置坐标是可以變化的，一個典型的透視相機位置設定如圖2-192所示。

圖2-192

典型的透視相機位置設定

圖2-192中，當相機位置靠近Z軸中心時，即Z坐标值變小，觀察到的對象變大，當相機位置遠離Z軸中心時，即Z坐标值變大，觀察到的對象變小。

照相機的位置就是觀察者的位置，相機的位置可以任意設定，這樣觀察到的三維對象的“形象”就會發生變化，在三維場景中正确設定相機位置很重要，圖2-192是一個典型設定。

3．材料

三維對象使用的材料分三類：

漫射材料：确定三維對象在直射光（白光）照射下的顔色，其作用就如同牆面噴漆一樣。

放射材料：使對象産生發光效果。光的顔色由材料的顔色決定。

反射材料：控制三維對象上高光反射區域的顔色。高光反射區域指在金屬鉻等光滑亮澤表面上看到的光亮區域。

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）環境光：環境光将光投向各個方向，使所有對象均勻受光。如果隻用環境光，則

對象可能會顯得褪色，而且顔色單一。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，光從發光位置發出，并在錐形區域内傳播。投射光不會影響到位于錐形發光區域以外的那部分三維對象。如圖2-193左二圖。 

（3）定向光：定向光沿着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）點光：點光從一個點向所有方向投射光，就像普通的燈泡一樣。如圖2-193右圖。

<b>2.10.2 WPF</b><b>三維空間的元素</b>

（1） Camera：相機，可以在【屬性】面闆選擇以下屬性設定：

相機類型：遠景相機、正交相機及有關參數；

Position：照相機在三維空間中的位置；

Direction：照相機在三維空間中的拍攝方向；

UP Vector：正向矢量，指定此照相機的“上方”所指的方向。

Perspective Field of

View：透視視野，僅适用于遠景相機，較小的數值會減少對象因遠景拍攝而變形的程度。較大的數值會像使用魚眼鏡頭一樣導緻對象大幅變形。

Near Clipping Plane/Far Clipping Plane：近點/遠點剪切平面，可控制對象與照相機之間的最近或最遠距離，超出上述距離的對象将從所呈現的視圖中消失。

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

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

（4）DefaultMaterial：材質設定，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ModelVisual3D子元素，比如燈光，三維造型。

3．GeometryModel3D元素

GeometryModel3D是ModelVisual3D子元素内的三維造型元素，材質是其屬性，而三維圖形建構又由最底層網格元素MeshGeometry3D完成。

4．MeshGeometry3D元素

這是1個若幹3D點（Point3D）的集合，每3個3D點按一定環繞方向組成1個三角形，WPF采用逆時針的環繞方向，符合所謂“右手法則”，即垂直豎起右手的大拇指，彎曲其餘4指，其餘4指指向正是三角形的環繞方向，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，正是這些三角形構成了WPF中的三維造型世界。

圖2-194

MeshGeometry3D圖

圖2-195是【對象和時間線】面闆呈現的1個三維對象元素的清單，可以看出上面所說的三維元素之間的關系。

圖2-195

三維對象元素

圖2-195中有1個Viewport3D控件，其中有1個Camera元素，1個名為“World”的三維元素ModelVisual3D，這是多個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ModelVisual3D子元素，如“Cylinder01”、“Cylinder02”等。“Cylinder01”中又包含GeometryModel3D

元素。