原文: 在WPF中添加3D特性
35.4 在WPF中添加3D特性
本節介紹WPF中的3D特性，其中包含了開始使用該特性的資訊。
提示：
WPF中的3D特性在System.Windows.Media.Media3D命名空間中。
為了了解WPF中的3D特性，一定要知道坐标系統之間的差別。圖35-22顯示了WPF 3D中的坐标系統。原點位于中心。X軸的正值在右邊，負值在左邊。Y軸是垂直的，正值在上邊，負值在下邊。Z軸在指向觀察者的方向上定義了正值。
表35-9描述了最重要的類及其功能。
表 35-9
| 類 | 說 明 |
| ViewPort3D | ViewPort3D定義了3D對象的渲染表面。這個元素包含3D繪圖的所有可見元素 |
| ModelVisual3D | ModelVisual3D包含在ViewPort3D中，它包含了所有可見元素。可以給完整的模型指定變換 |
| GeometryModel3D | GeometryModel3D包含在ModelVisual3D中，它包含網格和材質 |
| Geometry3D | Geometry3D是一個抽象基類，定義了幾何形狀。派生于Geometry3D的類是MeshGeometry3D。使用MeshGeometry3D可以定義三角形的位置，建立3D模型 |
| Material | Material是一個抽象基類，定義了MeshGeometry3D指定的三角形的前邊和後邊。Material包含在GeometryModel3D中。.NET 3.5定義了幾個材質類，例如DiffuseMaterial、EmissiveMaterial和SpecularMaterial。根據材質的類型，以不同的方式計算燈光。EmissiveMaterial利用燈光的計算，使材質發出等于筆刷顔色的光。DiffuseMaterial使用漫射光，SpecularMaterial定義了鏡面發光模型。使用MaterialGroup類可以建立由其他材質合并而成的材質 |
| Light | Light是燈光的抽象基類。其派生類有AmbientLight、DirectionalLight、PointLight和SpotLight。AmbientLight是不自然的光，會近似照亮整個場景。使用這種光看不到邊界。DirectionalLight定義了定向光。太陽光就是一種定向光，光線來自一邊，此時可以看到邊界和陰影。PointLight是一種位于指定位置的光，會照亮所有的方向。SpotLight照亮指定的方向。這個光定義了一個圓錐，會得到一個發出光亮的區域 |
| Camera | Camera是錄影機的抽象基類，用于把3D場景映射為2D顯示。其派生類是PerspectiveCamera、OrthographicCamera和MatrixCamera。在PerspectiveCamera中，3D對象離得越遠就越小，這不同于OrthographicCamera，在Orthographic Camera中，錄影機的距離對對象的大小沒有影響。在MatrixCamera中，可以在矩陣中定義視圖和變換 |
| Transform3D | Transform3D是3D變換的抽象基類。其派生類是RotateTransform3D、ScaleTransform3D、TranslateTransform3D、MatrixTransform3D和Transform3D Group。TranslateTransform3D允許在x、y和z向上變換對象，ScaleTransform3D可以重置對象的大小。RotateTransform3D可以在x、y和z向上把對象旋轉指定的角度。Transform3DGroup可以合并其他變換效果 |
三角形
本節從一個簡單的3D示例開始。3D模型由三角形組成，是以最簡單的模型是一個三角形。三角形用MeshGeometry3D的Positions屬性定義。3個頂點都使用相同的z坐标-4，x、y坐标分别為-1-1、1-1和01。屬性TriangleIndices指定了逆時針的位置順序。使用這個屬性可以确定三角形的哪一邊是可見的。三角形的一邊顯示了用GeometryModel3D類的Meterial屬性定義的顔色，其他邊顯示了BackMeterial屬性定義的顔色。
用于顯示場景的錄影機位于坐标0,0,0，其方向指向0,0,-8。把錄影機的位置改變到左邊，矩形就移動到右邊，反之亦然。改變錄影機的y位置，矩形就會變大或變小。
這個場景中使用的光線是AmbientLight，它用白色光照亮了整個場景。圖35-23顯示了三角形的效果。
< Window x:Class="Triangle3D.Window1"
xmlns=" http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml/presentation "
xmlns:x=" http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml "
Title="3D" Height="300" Width="300" >
< Grid >
< Viewport3D >
< Viewport3D.Camera >
< PerspectiveCamera Position="0 0 0" LookDirection="0 0 -8" / >
< /Viewport3D.Camera >
< ModelVisual3D >
< ModelVisual3D.Content >
< AmbientLight Color="White" / >
< /ModelVisual3D.Content >
< /ModelVisual3D >
< ModelVisual3D >
< ModelVisual3D.Content >
< GeometryModel3D >
< GeometryModel3D.Geometry >
< MeshGeometry3D
Positions="-1 -1 -4, 1 -1 -4, 0 1 -4"
TriangleIndices="0, 1, 2" / >
< /GeometryModel3D.Geometry >
< GeometryModel3D.Material >
< MaterialGroup >
< DiffuseMaterial >
< DiffuseMaterial.Brush >
< SolidColorBrush Color="Red" / >
< /DiffuseMaterial.Brush >
< /DiffuseMaterial >
< /MaterialGroup >
< /GeometryModel3D.Material >
< /GeometryModel3D >
< /ModelVisual3D.Content >
< /ModelVisual3D >
< /Viewport3D >
< /Grid >
< /Window >
|
1. 改變光線
圖35-23僅顯示了一個簡單的三角形，它與2D的效果相同。但是，下面将繼續添加3D特性。例如，用SpotLight元素把環境光改為聚光燈，就可以看到三角形的另一個外觀，使用聚光燈可以定義光源的位置和光線的照射方向。給光源的位置指定-1 1 2，光就位于三角形的左邊頂點處，其y坐标是三角形的高度。之後，光線向下向左照射。圖35-24顯示了三角形的新外觀。
< ModelVisual3D >
< ModelVisual3D.Content >
< SpotLight Position="-1 1 -2" Color="White"
Direction="-1.5, -1, -5" / >
< /ModelVisual3D.Content >
< /ModelVisual3D >
|
2. 添加紋理
除了給三角形的材質使用純色筆刷之外，還可以使用其他筆刷，例如LinearGradient- Brush，如下面的XAML代碼所示。用DiffuseMeterial定義的LinearGradientBrush元素指定了黃色、橙色、紅色、藍色和紫羅蘭色的漸變點。要把使用這種筆刷的對象的2D表面映射到3D幾何體上，必須設定TextCoordinates屬性。TextCoordinates定義了2D點的集合，它可以映射到3D位置上。圖35-25顯示了示例應用程式中筆刷的2D坐标。三角形中的第一個位置-1-1映射到筆刷坐标0 1上，右下角的位置1 -1映射到筆刷的1 1上，即紫羅蘭色；0 1映射到0.5 0上。圖35-26顯示了材質為漸變筆刷的三角形，這裡也使用了環境光。
< ModelVisual3D >
< ModelVisual3D.Content >
< GeometryModel3D >
< GeometryModel3D.Geometry >
< MeshGeometry3D
Positions="-1 -1 -4, 1 -1 -4, 0 1 -4"
TriangleIndices="0, 1, 2"
TextureCoordinates="0 1, 1 1, 0.5 0" / >
< /GeometryModel3D.Geometry >
< GeometryModel3D.Material >
< MaterialGroup >
< DiffuseMaterial >
< DiffuseMaterial.Brush >
< LinearGradientBrush StartPoint="0,0"
EndPoint="1,1" >
< GradientStop Color="Yellow" Offset="0" / >
< GradientStop Color="Orange" Offset="0.25" / >
< GradientStop Color="Red" Offset="0.50" / >
< GradientStop Color="Blue" Offset="0.75" / >
< GradientStop Color="Violet" Offset="1" / >
< /LinearGradientBrush >
< /DiffuseMaterial.Brush >
< /DiffuseMaterial >
< /MaterialGroup >
< /GeometryModel3D.Material >
< /GeometryModel3D >
< /ModelVisual3D.Content >
< /ModelVisual3D >
|
可以用類似的方式添加文本和其他控件。為此，隻需用要繪制的元素建立VisualBrush。VisualBrush詳見第34章。
3. 3D對象
下面研究真正的3D對象：立方體。立方體由5個矩形組成：後面、前面、左面、右面和底面。每個矩形都由兩個三角形組成，因為這是網格的核心。在WPF和3D術語中，網格用于描述建立3D形狀的基本三角形。
下面是立方體中前面矩形的代碼，該矩形由兩個三角形組成。三角形的位置按TriangleIndies定義的逆時針設定。立方體的前面用紅色的筆刷繪制，後面用灰色筆刷繪制。這兩個筆刷都是SolidColorBrush類型，用Window的資源定義。
< !-- Front -- >
< GeometryModel3D >
< GeometryModel3D.Geometry >
< MeshGeometry3D
Positions="-1 -1 1, 1 -1 1, 1 1 1, 1 1 1,
-1 1 1, -1 -1 1"
TriangleIndices="0 1 2, 3 4 5" / >
< /GeometryModel3D.Geometry >
< GeometryModel3D.Material >
< DiffuseMaterial Brush="{StaticResource redBrush}" / >
< /GeometryModel3D.Material >
< GeometryModel3D.BackMaterial >
< DiffuseMaterial Brush="{StaticResource grayBrush}" / >
< /GeometryModel3D.BackMaterial >
< /GeometryModel3D >
|
其他矩形非常類似，隻是在不同的位置上。下面是立方體左面的XAML代碼：
< !-- Left side -- >
< GeometryModel3D >
< GeometryModel3D.Geometry >
< MeshGeometry3D
Positions="-1 -1 1, -1 1 1, -1 -1 -1, -1 -1 -1, -1 1 1,
-1 1 -1"
TriangleIndices="0 1 2, 3 4 5" / >
< /GeometryModel3D.Geometry >
< GeometryModel3D.Material >
< DiffuseMaterial Brush="{StaticResource redBrush}" / >
< /GeometryModel3D.Material >
< GeometryModel3D.BackMaterial >
< DiffuseMaterial Brush="{StaticResource grayBrush}" / >
< /GeometryModel3D.BackMaterial >
< /GeometryModel3D >
|
示例代碼為立方體的每個面定義了一個GeometryModel3D，僅是為了更好地了解代碼。隻要每個面都使用相同的材質，就可以定義一個網格，它包含立方體所有面的全部10個三角形。
所有的矩形都在Model3DGroup中組合，是以可以對立方體的所有面進行變換：
< !-- the model -- >
< ModelVisual3D >
< ModelVisual3D.Content >
< Model3DGroup >
< ! - GeometryModel3D elements for every side of the box -- >
< /Model3DGroup >
|
使用Model3DGroup的Transform屬性，就可以變換這個組中的所有幾何體。下面使用RotateTransform3D定義一個AxisAngleRotation3D。要在運作期間旋轉立方體，Angle屬性要綁定到Slider控件的值上。
< !-- Transformation of the complete model -- >
< Model3DGroup.Transform >
< RotateTransform3D CenterX="0" CenterY="0" CenterZ="0" >
< RotateTransform3D.Rotation >
< AxisAngleRotation3D x:Name="axisRotation"
Axis="0, 0, 0"
Angle="{Binding Path=Value,
ElementName=axisAngle}" / >
< /RotateTransform3D.Rotation >
< /RotateTransform3D >
< /Model3DGroup.Transform >
|
為了檢視立方體，需要一個錄影機。這裡使用PerspectiveCamera，是以立方體離錄影機越遠，就越小。錄影機的位置的方向在運作期間設定。
< !-- Camera -- >
< Viewport3D.Camera >
< PerspectiveCamera x:Name="camera"
Position="{Binding Path=Text,
ElementName=textCameraPosition}"
LookDirection="{Binding Path=Text,
ElementName=textCameraDirection}" / >
< /Viewport3D.Camera >
|
應用程式使用兩個不同的光源，其中一個光源是DirectionalLight：
< !-- directional light -- >
< ModelVisual3D >
< ModelVisual3D.Content >
< DirectionalLight Color="White" x:Name="directionalLight" >
< DirectionalLight.Direction >
< Vector3D X="1" Y="2" Z="3" / >
< /DirectionalLight.Direction >
< /DirectionalLight >
< /ModelVisual3D.Content >
< /ModelVisual3D >
|
另一個光源是SpotLight。使用這個光源可以突出顯示立方體的一個特定區域。SpotLight定義了屬性InnerConeAngle和OuterConeAngle，以指定完全照亮的區域：
< !-- spot light -- >
< ModelVisual3D >
< ModelVisual3D.Content >
< SpotLight x:Name="spotLight"
InnerConeAngle="{Binding Path=Value,
ElementName=spotInnerCone}"
OuterConeAngle="{Binding Path=Value,
ElementName=spotOuterCone}"
Color="#FFFFFF"
Direction="{Binding Path=Text, ElementName=spotDirection}"
Position="{Binding Path=Text, ElementName=spotPosition}"
Range="{Binding Path=Value, ElementName=spotRange}" / >
< /ModelVisual3D.Content >
< /ModelVisual3D >
|
運作應用程式，就可以改變立方體的旋轉角度、錄影機和燈光，如圖35-27所示。
建立僅包含矩形或三角形的3D模型是很簡單的。不應手工建立更複雜的模型，而應使用對應的工具。WPF的3D工具在
www.codeplex/3DTools 上。
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