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1软件中的3D基本概念
WPF 中 3D 功能的设计初衷并非提供功能齐全的游戏开发平台。
WPF 中的 3D 图形内容封装在 Viewport3D 元素中，该元素可以参与二维元素结构。 该图形系统将 Viewport3D 视为一个二维视觉元素，就像 WPF 中的许多其他元素一样。 Viewport3D 充当三维场景中的窗口（即视区）。 更准确地说，它是 3D 场景所投影到的图面。
2模型3D场景 3D点线面组成
3D视口
坐标系
点、线、面、三角顶点网格（3个点的方向 下标值 点集合 三角形 法向 正反面）
材质
光源
相机
cs
<Viewport3D>
<ModelUIElement3D>
<ModelUIElement3D.Model>
<GeometryModel3D>
<GeometryModel3D.Geometry>
<!--一个面4个点-->
<MeshGeometry3D Positions="0,0,0 3,0,0 3,2,0 0,2,0"
TriangleIndices="0,3,2 0,1,2"/>
</GeometryModel3D.Geometry>
</GeometryModel3D>
</ModelUIElement3D.Model>
</ModelUIElement3D>
</Viewport3D>3 3D场景相机对象
OrthographicCamera 正交
PerspectiveCamera 透视
基本属性：
Position：相机的空间坐标(X,Y,Z)
LookDirection：观察方向，向量，相机观察口朝向
FieldOfView（透视相机属性） / Width（正交相机属性）：视野范围（焦距），一个值
UpDirection：相机上方方向，控制相机观察口旋转
FarPlaneDistance：远景距离，大于这个距离的场景不渲染
NearPlaneDistance：近景距离，小于这个距离的场景不渲染
cs
<Viewport3D.Camera>
<!--透视-->
<PerspectiveCamera Position="100,100,100"
LookDirection="-2,-2,-2"
FieldOfView="90"
UpDirection="0,1,0"
FarPlaneDistance="1000"
NearPlaneDistance="1">
</PerspectiveCamera>
<!--正交-->
<!--<OrthographicCamera Position="100,100,100"
LookDirection="-2,-2,-2"
Width="50"
UpDirection="0,1,0"
FarPlaneDistance="1000"
NearPlaneDistance="1"/>-->
</Viewport3D.Camera>4 3D对象材质对象与贴图
DiffuseMaterial：漫反射，反射场景光效果
EmissiveMaterial：自发光，类似于电灯
SpecularMaterial：全反射，可以映射场景
贴图（平面贴图、曲面贴图-地球）
背面材质
在加一个面
5 3D地球案例
cs
<ModelVisual3D>
<ModelVisual3D.Content>
<Model3DGroup>
<!--环境光 -->
<!--<AmbientLight Color="Gray"/>-->
<!--平行光-->
<!--<DirectionalLight Color="White" Direction="-1,-1,-1"/>-->
<!--<PointLight Color="White" Position="100,100,100" Range="200"/>-->
<SpotLight Color="Orange" InnerConeAngle="100"
OuterConeAngle="40"
Position="50,50,50"
Direction="-1,-1,-1"/>
</Model3DGroup>
</ModelVisual3D.Content>
</ModelVisual3D>
<ModelUIElement3D>
<ModelUIElement3D.Model>
<GeometryModel3D>
<GeometryModel3D.Material>
<MaterialGroup>
<!--环境光 -->
<AmbientLight Color="White"/>
<!--平行光-->
<!--<DirectionalLight Color="White" Direction="-1,-1,-1"/>-->
<!--点光源-->
<!--<PointLight Color="White" Position="100,100,100" Range="200"/>-->
<!--聚光灯-->
<!--<SpotLight Color="Orange" InnerConeAngle="100"
OuterConeAngle="40"
Position="50,50,50"
Direction="-1,-1,-1"/>-->
</MaterialGroup>
</GeometryModel3D.Material>
<GeometryModel3D.Geometry>
<!--一个面4个点-->
<MeshGeometry3D Positions="0,0,0 3,0,0 3,2,0 0,2,0"
TriangleIndices="0,2,3 0,1,2"
TextureCoordinates=" 0,1 1,1 1,0 0,0 "/>
</GeometryModel3D.Geometry>
</GeometryModel3D>
</ModelUIElement3D.Model>
</ModelUIElement3D>
<ModelUIElement3D>
<ModelUIElement3D.Model>
<GeometryModel3D>
<GeometryModel3D.Material>
<DiffuseMaterial Brush="Red"/>
</GeometryModel3D.Material>
<GeometryModel3D.Geometry>
<!--一个面4个点-->
<MeshGeometry3D Positions="3,2,1 3,2,0 3,0,0 3,0,1"
TriangleIndices="0,3,1 1,3,2"/>
</GeometryModel3D.Geometry>
</GeometryModel3D>
</ModelUIElement3D.Model>
</ModelUIElement3D>
<ModelUIElement3D>
<ModelUIElement3D.Transform>
<Transform3DGroup>
<RotateTransform3D CenterX="0" CenterY="0" CenterZ="0">
<RotateTransform3D.Rotation>
<AxisAngleRotation3D Axis="1,0,0" Angle="-90"/>
</RotateTransform3D.Rotation>
</RotateTransform3D>
<RotateTransform3D CenterX="0" CenterY="0" CenterZ="0">
<RotateTransform3D.Rotation>
<AxisAngleRotation3D Axis="0,1,0" x:Name="aar"/>
</RotateTransform3D.Rotation>
</RotateTransform3D>
</Transform3DGroup>
</ModelUIElement3D.Transform>
<ModelUIElement3D.Model>
<GeometryModel3D x:Name="gm">
<GeometryModel3D.Material>
<DiffuseMaterial>
<DiffuseMaterial.Brush>
<ImageBrush ImageSource="Earth.jpg"/>
</DiffuseMaterial.Brush>
</DiffuseMaterial>
</GeometryModel3D.Material>
</GeometryModel3D>
</ModelUIElement3D.Model>
</ModelUIElement3D>
cs
private void MainWindow_Loaded(object sender, RoutedEventArgs e)
{
this.gm.Geometry = this.SetEarth(180, 180, 50);
}
private MeshGeometry3D SetEarth(int numx, int numz, double r = 3)
{
MeshGeometry3D mesh = new MeshGeometry3D();
double dTh = 2 * Math.PI / numx;
double dPhi = Math.PI / numz;
double X(double th, double phi) => r * Math.Sin(phi) * Math.Cos(th);
double Y(double th, double phi) => r * Math.Sin(phi) * Math.Sin(th);
double Z(double phi) => r * Math.Cos(phi);
// Make the points.
for (int i = 0; i <= numx; i++)
for (int j = 0; j <= numz; j++)
{
var th = i * dTh;
var phi = j * dPhi;
mesh.Positions.Add(new Point3D(X(th, phi), Y(th, phi), Z(phi)));
mesh.TextureCoordinates.Add(new Point(th, phi));
}
// 生成三角形
for (int i = 0; i < numx; i++)
for (int j = 0; j < numz; j++)
{
int i1 = i * (numz + 1) + j;
int i2 = i1 + 1;
int i3 = i2 + (numz + 1);
int i4 = i3 - 1;
mesh.TriangleIndices.Add(i1);
mesh.TriangleIndices.Add(i2);
mesh.TriangleIndices.Add(i3);
mesh.TriangleIndices.Add(i1);
mesh.TriangleIndices.Add(i3);
mesh.TriangleIndices.Add(i4);
}
return mesh;
}6 3D场景光源对象
AmbientLight：环境光
DirectionalLight：平行光
PointLight：点光源
SpotLight：聚光灯
相关属性
Color：灯光颜色
Direction：光线方向（平行光、聚光灯）
Position：光源坐标（点光源、聚光灯）
Range：灯光范围（点光源）
InnerConeAngle：内光柱照射角度（聚光灯）
OuterConeAngle：外光柱照射角度（聚光灯）
cs
<ModelVisual3D>
<ModelVisual3D.Content>
<Model3DGroup>
<!--环境光 -->
<!--<AmbientLight Color="Gray"/>-->
<!--平行光-->
<!--<DirectionalLight Color="White" Direction="-1,-1,-1"/>-->
<!--<PointLight Color="White" Position="100,100,100" Range="200"/>-->
<SpotLight Color="Orange" InnerConeAngle="100"
OuterConeAngle="40"
Position="50,50,50"
Direction="-1,-1,-1"/>
</Model3DGroup>
</ModelVisual3D.Content>
</ModelVisual3D>7、3D对象 变形处理
TranslateTransform3D：平移 xyz
ScaleTransform3D：缩放
RotateTransform3D：旋转
MatrixTransform3D：矩阵
8、3D对象背面材质
9、3D对象动作交互
鼠标交互（没有强调场景的变换）
鼠标命中测试（HitTest 不推荐）
平面对象加载
数据绑定（数据与动作）
cs
private void Slider_ValueChanged(object sender, RoutedPropertyChangedEventArgs<double> eventArgs)
{
aar.Angle = eventArgs.NewValue;
}
private void Slider_ValueChanged_2(object sender, RoutedPropertyChangedEventArgs<double> e)
{
tt.OffsetX = e.NewValue;
}
private void ModelUIElement3D_MouseLeftButtonDown(object sender, MouseButtonEventArgs e)
{
ModelUIElement3D model = sender as ModelUIElement3D;
var geo = model.Model as GeometryModel3D;
(geo.BackMaterial as DiffuseMaterial).Brush = Brushes.Black;
}10、辅助交互插件引用 关于3DTools 关于HelixToolkit
关于3DTools
一个开源3D控制工具，主要用来辅助WPF界面2D、3D呈现的交互处理，提供对交互的直观响应。最初是由微软创建的，目前项目已停止维护。 https://github.com/jerryjiang/3DTools Nuget安装
关于HelixToolkit
一个开源3D库，根据MIT许可证获得许可。MIT许可证非常宽松，允许在专有软件中使用。该库基于 .NET，目前专注于 WPF 平台。
https://github.com/helix-toolkit
Nuget安装
HelixToolkit HelixViewport3D
cs
<h:HelixViewport3D ShowViewCube="True"
ViewCubeWidth="200"
ViewCubeHeight="200"
ViewCubeHorizontalPosition="Left"
ViewCubeVerticalPosition="Top"
ViewCubeFrontText="前"
ViewCubeTopText="上"
ShowCoordinateSystem="True"
CoordinateSystemLabelForeground="#5000"
CoordinateSystemHorizontalPosition="Center"
CoordinateSystemVerticalPosition="Center"
>
<!--相机-->
<h:HelixViewport3D.Camera>
<PerspectiveCamera Position="10,10,10"
LookDirection="-2,-2,-2"
FieldOfView="50"
UpDirection="0,1,0"
FarPlaneDistance="10000"
NearPlaneDistance="1"/>
</h:HelixViewport3D.Camera>
<h:HelixViewport3D.RotateGesture>
<MouseGesture MouseAction="LeftClick"/>
</h:HelixViewport3D.RotateGesture>
<h:HelixViewport3D.PanGesture>
<MouseGesture MouseAction="RightClick"/>
</h:HelixViewport3D.PanGesture>
<!--光源-->
<ModelVisual3D>
<ModelVisual3D.Content>
<Model3DGroup>
<AmbientLight Color="White"/>
</Model3DGroup>
</ModelVisual3D.Content>
</ModelVisual3D>
<!--<h:DefaultLights/>-->
<!--模型-->
<ModelVisual3D x:Name="model">
</ModelVisual3D>
</h:HelixViewport3D>
cs
public HelixToolkitWindow()
{
InitializeComponent();
this.Loaded += HelixToolkitWindow_Loaded;
}
private void HelixToolkitWindow_Loaded(object sender, RoutedEventArgs e)
{
string[] model_files = System.IO.Directory.GetFiles($"{Environment.CurrentDirectory}/3D_Models");
ModelImporter importer = new ModelImporter();
Model3DGroup group = new Model3DGroup();
foreach (var file in model_files)
{
// 关键的模型文件解析过程=》 GemotryModel3D
var mg = importer.Load(file);
group.Children.Add(mg.Children[0]);
}
this.model.Content = group;
}11、STL模型加载
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