WPF中的3D特性和常見的幾個類

原文: WPF中的3D特性和常見的幾個類

WPF 3D 常用的幾個類及其關系

1.  Visual 類

     所有二維可視化元素的基類，為 WPF 中的呈現提供支援，其中包括命中測試、坐标轉換和邊界框計算。

     Visual 對象是一個核心 WPF 對象，其主要作用是提供呈現支援。使用者界面控件（例如 Button 和 TextBox）派生自 Visual 類，并使用 Visual 定義的屬性來儲存它們所呈現的資料。Visual 對象可對下列功能提供支援：

輸出顯示：為可視對象呈現持久的序列化繪圖内容。

轉換：對可視對象執行轉換。

剪輯：為可視對象提供剪輯區域支援。

命中測試：确定指定的坐标（點）或幾何圖形是否包含在可視對象的邊界内。

邊界框計算：确定可視對象的邊框。

2. Visual3D 類

      所有三維可視化元素的基類，提供可視三維對象通用的服務和屬性，其中包括命中測試、坐标轉換和邊界框計算。

3.  Viewport3D類

      為三維可視内容提供呈現圖面。

      此控件顯示三維内容，同時提供與二維布局（如剪輯、高度和寬度及滑鼠事件）一緻的屬性。

當此控件作為布局元素（如 Canvas）的内容包含時，可通過設定其 Height 和 Width 屬性（繼承自 FrameworkElement）來指定 Viewport3D 的大小。

      Viewport3D 可提供三維場景級别的命中測試。 調用 HitTest 方法可傳回有關命中可視對象、模型、網格和交點的詳細命中結果資訊。

4. Viewport3DVisual 類

在指定的二維視區邊界内呈現 Visual3D 子對象。

Viewport3DVisual 是具有三維子對象的二維 Visual 對象。Viewport3DVisual 為 Viewport3D 元素提供了必需的基礎結構。 大多數使用者都需要使用 Viewport3D 元素。

Viewport3DVisual 在二維 Visual 和 Visual3D 對象之間起到橋梁作用。Visual3D 類是所有三維可視化元素的基類。Viewport3DVisual 要求您定義一個 Camera 值和一個 Viewport 值。可以借助照相機來檢視場景。投影映射到二維圖面的區域稱作視區。

 繼承層次結構

System..::.Object

  System.Windows.Threading..::.DispatcherObject

    System.Windows..::.DependencyObject

      System.Windows.Media..::.Visual

        System.Windows.Media.Media3D..::.Viewport3DVisual

5. Model3D 類

      為三維模型提供功能的抽象類。此類對象包括 GeometryModel3D 和 Light。

      System.Windows..::.Freezable

        System.Windows.Media.Animation..::.Animatable

          System.Windows.Media.Media3D..::.Model3D

            System.Windows.Media.Media3D..::.GeometryModel3D

            System.Windows.Media.Media3D..::.Light

            System.Windows.Media.Media3D..::.Model3DGroup

6. ModelVisual3D 類

包含三維模型的 Visual。提供所有可視對象通用的服務和屬性，其中包括命中測試、坐标轉換和邊界框計算。

      System.Windows.Media.Media3D..::.Visual3D

        System.Windows.Media.Media3D..::.ModelVisual3D

7. GeometryModel3D 類

      建立由一個 MeshGeometry3D 和一個 Material 構成的三維模型。

8.  MeshGeometry3D 類

用于生成三維形狀的三角形基元。

        System.Windows..::.UIElement

          System.Windows..::.FrameworkElement

            System.Windows.Controls..::.Viewport3D

http://blog.csdn.net/wmjcom/archive/2009/07/24/4377050.aspx

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。

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圖  35-22

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 >

http://new.51cto.com/files/uploadimg/20081202/155728443.gif files/uploadimg/20060921/153223104.gif

圖  35-23

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 >

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圖  35-24

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。

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圖  35-25

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圖  35-26

< 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。

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。

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圖  35-27

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。