WFP3D繪圖

来源:https://www.cnblogs.com/wjygxjz/archive/2023/09/29/17736946.html
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WPF本身不支持直接的3D繪圖，但是它提供了一些用於實現3D效果的高級技術。 如果你想要在WPF中進行3D繪圖，你可以使用兩種主要的方法： WPF 3D：這是一種在WPF應用程式中創建3D圖形的方式。WPF 3D提供了一些基本的3D形狀（如立方體、球體和錐體）以及一些用於控制3D場景和對象的工具（如 ...


WPF本身不支持直接的3D繪圖，但是它提供了一些用於實現3D效果的高級技術。 如果你想要在WPF中進行3D繪圖，你可以使用兩種主要的方法：
  1. WPF 3D：這是一種在WPF應用程式中創建3D圖形的方式。WPF 3D提供了一些基本的3D形狀（如立方體、球體和錐體）以及一些用於控制3D場景和對象的工具（如相機、光源和材質）。
  在WPF中，3D對象模型的材質可以使用以下三種
  1. DiffuseMaterial：漫反射，反射場景光效果
  2. EmissiveMaterial：自發光，類似於電燈 
  3. SpecularMaterial：全反射，可以映射場景 貼圖
在WPF中，一個3D模型的材質，就是決定模型看起來是什麼樣子的一種很重要的元素，如粗糙度、顏色、發光度等   WPF 3D對象模型光源如下 AmbientLight：環境光-  提供環境光，會照亮所有的對象，而不考慮對象的位置或方向。 DirectionalLight：平行光  -  它像遠處的光源那樣照亮（如太陽光），只具有一個Direction屬性，沒有位置信息，因此不直接投射到任何特定的對象上，而是照亮場景中的所有對象。 PointLight：點光源 -  像近處的光源那樣照亮，具有一個位置並從該位置投射光，場景中的對象是根據對象相對於光源的位置和距離而被照亮的。 SpotLight：聚光燈  -  從PointLight繼承，它的照亮方式與PointLight類似，但是它既具有位置又具有方向。 相關屬性    Color：燈光顏色    Direction：光線方向（平行光、聚光燈）    Position：光源坐標（點光源、聚光燈）    Range：燈光範圍（點光源）    InnerConeAngle：內光柱照射角度（聚光燈）    OuterConeAngle：外光柱照射角度（聚光燈）  
屬性 說明 備註
MeshGemetry3D 網格標簽  
Positions 點 呈現3D圖形的標簽  Positions="0,0,0（x,y,z）     3,0,0      3,2,0      0,2,0" 一個面的4個點
TraiangleIndices 3 角形創建 TriangleIndices ="0,3,2（第一組） 0,1,2（第二組）" 設置Positions的3個點組成一個三角行
OrthographicCamera   正交相機（遠近比例都一樣-很少用）  
PerspectiveCamera     透視相機（近比例長遠比例小，符合我們正常觀察事物的視覺-常用）  
TextureCoordinates 設置平面對象與3D對象的映射關係-用來解決平面設置背景圖顯示問題-如果不設置這個屬性平面設置的背景圖不顯示 TextureCoordinates="1,1 1,0 0,0 0,1"

相機標簽對象屬性

屬性 說明 備註
Position 相機的空間坐標(X,Y,Z) Position="100,100,100" 設置視角x,y,z
LookDirection 觀察方向，向量，相機觀察口朝向 LookDirection="-2,-2,-2" 設置相機的觀看視角-相機觀察的方向
FieldOfView （透視相機屬性） / 視野範圍，一個值 FieldOfView="90" 設置相機與觀看物體的距離，離得遠觀看物體區域範圍大，離得近觀看物體區域範圍小
Width （正交相機屬性）（焦距），視野範圍 Width="50"
UpDirection 相機上方方向，控制相機觀察口旋轉 UpDirection="0,1,0" （x, y,z）設置相機視口的旋轉角度，斜著拍還是正著拍
FarPlaneDistance 遠景距離，大於這個距離的場景不渲染 FarPlaneDistance="1000" 設置相機遠處景色的渲染範圍，如果值設置的比較小，遠處景色是模糊的
NearPlaneDistance 近景距離，小於這個距離的場景不渲染 NearPlaneDistance="1" 設置相機近處的晶圓渲染範圍，如果值越大，近處景色是模糊的 
<!--設置三維地球實例旋轉動畫-->
 <Window.Triggers>
    <EventTrigger RoutedEvent="Window.Loaded">
        <BeginStoryboard>
            <!--RepeatBehavior="Forever" 設置旋轉動畫一直旋轉-->
            <Storyboard RepeatBehavior="Forever">
                <!--Duration="0:0:7" 設置播放時長-->
                <!--Storyboard.TargetName="aar" 設置要旋轉的控制項-->
                <!--Storyboard.TargetProperty="Angle" 設置旋轉方式-->
                <!--From="0" 設置動畫起始值-->
                <!--To="360" 設置旋轉角度-->
                <DoubleAnimation Duration="0:0:7"
                             Storyboard.TargetName="aar"
                             Storyboard.TargetProperty="Angle"
                             From="0"
                             To="360"/>
            </Storyboard>
        </BeginStoryboard>
    </EventTrigger>
</Window.Triggers>
<Grid>
    <!--畫3D圖標簽-->
    <!--點動成線-線動成面-面動成體-->
    <Viewport3D>
        <!--第一步在3D世界通過相機來觀察這個世界，把這個世界呈現在平面圖上。-->
        <!--相機標簽-設置相機的相關參數-->
        <Viewport3D.Camera>
            <!-- PerspectiveCamera標簽-透視相機（近比例長遠比例小，符合我們正常觀察事物的視覺-常用）-->
            <!--Position="100,100,100" 設置視角x,y,z-->
            <!--LookDirection="-2,-2,-2" 設置相機的觀看視角-相機觀察的方向-->
            <!--FieldOfView="90" 調整相機焦距 設置相機與觀看物體的距離，離得遠觀看物體區域範圍大，離得近觀看物體區域範圍小 -->
            <!--UpDirection="0,1,0" （x, y,z）設置相機視口的旋轉角度，斜著拍還是正著拍 -->
            <!--FarPlaneDistance="1000" 設置相機遠處景色的渲染範圍，如果值設置的比較小，遠處景色是模糊的-->
            <!--NearPlaneDistance="1" 設置相機近處的晶圓渲染範圍，如果值越大，近處景色是模糊的-->
            <PerspectiveCamera Position="100,100,100"
                   LookDirection="-2,-2,-2"
                   FieldOfView="90"
                   UpDirection="0,1,0"
                   FarPlaneDistance="1000"
                   NearPlaneDistance="1">
            </PerspectiveCamera>
            <!--正交相機（遠近比例都一樣-很少用）-->
            <!--Width="50" 相當與透視相機的視野範圍屬性-->
            <!--<OrthographicCamera Position="100,100,100"
                    LookDirection="-2,-2,-2"
                    Width="50"
                    UpDirection="0,1,0"
                    FarPlaneDistance="1000"
                     NearPlaneDistance="1"/>-->
        </Viewport3D.Camera>
        <!--第二步在3D世界設置光源進來，沒有光源全是黑的呀-->
        <!--光源標簽-設置光源的相關屬性-->
        <ModelVisual3D>
            <!--光源內容標簽-->
            <ModelVisual3D.Content>
                <!--多個光源可以組合使用-會出現不同的效果-->
                <Model3DGroup>
                    <!--環境游標簽    -->
                    <!--Color="White"-設置環境光顏色 -->
                    <!--<AmbientLight Color="White"/>-->
                       
                    <!--平行光-設置某一個方向上照射的光-平行光不發散 -->
                    <!--Direction="-1,-1,-1" （x,y,z）三個方向照射的光 設置平行光的照射方向-->
                    <!--<DirectionalLight Color="White" Direction="-1,-1,-1"/>-->
                       
                    <!--點光源-點光源是向四面八方發散的光源 -->
                    <!--Position="100,100,100" （x,y,z） 設置光源點-->
                    <!--Range="200" 設置光源的照射範圍-->
                    <!--<PointLight Color="White" Position="100,100,100" Range="200"/>-->
                       
                    <!--射燈光源（聚光燈，手電筒筒）-某一個方向去發射光源-相當於手電筒筒有一個中心的光柱（比較亮的）以及兩遍發散的光源（相對較暗） -->
                    <!--InnerConeAngle="100" 設置中心範圍光柱的角度-->
                    <!--OuterConeAngle="40" 設置兩遍光源的範圍角度-->
                    <!--Position="50,50,50" 設置光源的中心位置-->
                    <!--Direction="-1,-1,-1" （x,y,z）三個方向照射的光 設置光源的照射方向-->
                    <SpotLight Color="Orange" InnerConeAngle="100"
               OuterConeAngle="40"
               Position="50,50,50"
               Direction="-1,-1,-1"/>
                </Model3DGroup>
            </ModelVisual3D.Content>
        </ModelVisual3D>
        <!--3D圖形的第一個面 可以把所有的面放在一起寫-->
        <!--3DUIElement標簽-固定寫法-->
        <ModelUIElement3D>
            <ModelUIElement3D.Model>
                <!--GeometryModel3D網格標簽-->
                <GeometryModel3D>
                    <!--第三步物體需要呈現出來需要材質-->
                    <!--3D的材質 標簽-->
                    <GeometryModel3D.Material>
                        <MaterialGroup>
                            <!--漫反射的一種材質 材質是與網格屬性標簽組合在一起使用的-->
                            <!--DiffuseMaterial 慢反射材質標簽-->
                            <!--Brush 設置材質顏色或圖片-->
                            <!--<DiffuseMaterial Brush="Orange"/>-->
                            <!--3D面設置背景圖-需要在網格標簽中設置TextureCoordinates="0,1 0,0 1,0 1,1"屬性，背景圖顯示方向，才能顯示出背景圖 -->
                            <DiffuseMaterial>
                                <DiffuseMaterial.Brush>
                                    <ImageBrush ImageSource="Arrow.png"/>
                                </DiffuseMaterial.Brush>
                            </DiffuseMaterial>
                            <!--自發光-->
                            <!--<EmissiveMaterial Brush="Red"/>-->
                            <!--<SpecularMaterial Brush="Blue"/>-->
                        </MaterialGroup>
                    </GeometryModel3D.Material>
                    <!--網格標簽-->
                    <GeometryModel3D.Geometry>
                        <!-- 呈現3D圖形的標簽  Positions="0,0,0（x,y,z）     3,0,0      3,2,0      0,2,0" 一個面的4個點-->
                        <!--TriangleIndices ="0,2,3（第一組-這裡的坐標點需要逆時針順序） 0,1,2（第二組）" 設置Positions的3個點組成一個三角行 -->
                        <!--這裡如果呈現的是三角行而不是四邊行的畫，是因為TriangleIndices="0,2,3 0,1,2"的畫點順序需要逆時針順序-->
                        <!--TextureCoordinates 設置平面對象與3D對象的映射關係-用來解決平面設置背景圖顯示問題-如果不設置這個屬性平面設置的背景圖不顯示-->
                        <MeshGeometry3D Positions="0,0,0     3,0,0      3,2,0      0,2,0"
                                 TriangleIndices="0,2,3 0,1,2"
                                        TextureCoordinates="1,1 1,0 0,0 0,1"/>  <!--箭頭向下-->
                        <!--TextureCoordinates="1,1 0,1 0,0 1,0"/> 箭頭向左-->
                        <!--TextureCoordinates="0,1 1,1 1,0 0,0"/> 箭頭向右-->
                        <!--TextureCoordinates="0,1 0,0 1,0 1,1"/>--><!--  箭頭向上-->
                    </GeometryModel3D.Geometry>
                </GeometryModel3D>
            </ModelUIElement3D.Model>
        </ModelUIElement3D>
        <!--3D圖形的第二個面 可以把所有的面放在一起寫 這裡沒有放在一起寫是因為可以給每個面設置不同的顏色-->
        <!--3DUIElement標簽-固定寫法-->
        <ModelUIElement3D>
            <ModelUIElement3D.Model>
                <!--GeometryModel3D網格標簽-->
                <GeometryModel3D>
                    <!--第三步物體需要呈現出來需要材質-->
                    <!--3D的材質 標簽-->
                    <GeometryModel3D.Material>
                        <MaterialGroup>
                            <!--漫反射的一種材質 材質是與網格屬性標簽組合在一起使用的-->
                            <!--DiffuseMaterial 慢反射材質標簽-->
                            <!--Brush 設置材質顏色或圖片-->
                            <DiffuseMaterial Brush="Red"/>
                            <!--<DiffuseMaterial>
                     <DiffuseMaterial.Brush>
                         <ImageBrush ImageSource="Arrow.png"/>
                     </DiffuseMaterial.Brush>
                 </DiffuseMaterial>-->
                            <!--自發光 標簽-用於設置在沒有光源的情況下可以看見自發光顏色-在有光源的情況下自發光顏色會影響到材質顏色的顯示 -->
                            <!--<EmissiveMaterial Brush="Green"/>-->
                            <!--全反射標簽 目前只是瞭解一下-->
                            <!--<SpecularMaterial Brush="Blue"/>-->
                        </MaterialGroup>
                    </GeometryModel3D.Material>
                    <!--網格標簽-->
                    <GeometryModel3D.Geometry>
                        <!-- 呈現3D圖形的標簽  Positions="0,0,0（x,y,z）     3,0,0      3,2,0      0,2,0" 一個面的4個點-->
                        <!--TriangleIndices ="0,2,3（第一組-這裡的坐標點需要逆時針順序） 0,1,2（第二組）" 設置Positions的3個點組成一個三角行 -->
                        <!--這裡如果呈現的是三角行而不是四邊行的畫，是因為TriangleIndices="0,2,3 0,1,2"的畫點順序需要逆時針順序-->
                        <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>
        <!--三維地球實例-->
        <!--3DUIElement標簽-固定寫法-->
        <ModelUIElement3D>
            <!--3D圖像旋轉標簽-->
            <ModelUIElement3D.Transform>
                <!--旋轉標簽分組-->
                <Transform3DGroup>
                    <!--設置旋轉中心-->
                    <RotateTransform3D CenterX="0" CenterY="0" CenterZ="0">
                        <!--設置旋轉角度-->
                        <RotateTransform3D.Rotation>
                            <!--設置沿著x軸旋轉 -90度-->
                            <AxisAngleRotation3D Axis="1,0,0" Angle="-90"/>
                        </RotateTransform3D.Rotation>
                    </RotateTransform3D>
                    <RotateTransform3D CenterX="0" CenterY="0" CenterZ="0">
                        <RotateTransform3D.Rotation>
                            <!--沿著Y軸旋轉-通過後臺可設置地球旋轉-->
                            <AxisAngleRotation3D Axis="0,1,0" x:Name="aar"/>
                        </RotateTransform3D.Rotation>
                    </RotateTransform3D>
                </Transform3DGroup>
            </ModelUIElement3D.Transform>
            <!--3D標簽-->
            <ModelUIElement3D.Model>
                <!--GeometryModel3D網格標簽-->
                <GeometryModel3D x:Name="gm">
                    <!--3D的材質 標簽-->
                    <GeometryModel3D.Material>
                        <!--設置3D材質使用圖片-->
                        <DiffuseMaterial>
                            <DiffuseMaterial.Brush>
                                <ImageBrush ImageSource="Earth.jpg"/>
                            </DiffuseMaterial.Brush>
                        </DiffuseMaterial>
                    </GeometryModel3D.Material>
                </GeometryModel3D>
            </ModelUIElement3D.Model>
        </ModelUIElement3D>
    </Viewport3D>
</Grid>

　　後臺關於3D地球的代碼

public MainWindow()
{
    InitializeComponent();
    // 綁定載入事件
    this.Loaded += MainWindow_Loaded;
}
/// <summary>
/// 窗體載入
/// </summary>
/// <param name="sender"></param>
/// <param name="e"></param>
private void MainWindow_Loaded(object sender, RoutedEventArgs e)
{
    this.gm.Geometry = this.SetEarth(180, 180, 50);
}
/// <summary>
/// 生成三維地球演算法
/// 圓弧的計算公式
/// </summary>
/// <param name="numx">緯度方向切多少份</param>
/// <param name="numz">精度方向切多少份</param>
/// <param name="r">地球半徑</param>
/// <returns></returns>
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++)  // 緯度方向迴圈次數
        for (int j = 0; j <= numz; j++) // 精度方向迴圈次數
        {   // 這裡使用三角函數進行計算的
            var th = i * dTh;
            var phi = j * dPhi;
            // 坐標點-用於畫三角形的坐標點
            mesh.Positions.Add(new Point3D(X(th, phi), Y(th, phi), Z(phi)));
            // 用於建立與圖片的映射關係
            mesh.TextureCoordinates.Add(new Point(th, phi));
        }
    // 生成三角形-每三個坐標點組織一個面出來
    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;
}

　　代碼實例效果圖：

這個3D動畫地球是可以旋轉的

 3D圖片用於輔助尋找3d坐標點順序

 

3D面設置背景圖顯示方向  通過TextureCoordinates屬性設置箭頭的顯示方向 TextureCoordinates="1,1 1,0 0,0 0,1"/>  <!--箭頭向下--> <!--TextureCoordinates="1,1 0,1 0,0 1,0"/> 箭頭向左--> <!--TextureCoordinates="0,1 1,1 1,0 0,0"/> 箭頭向右--> <!--TextureCoordinates="0,1 0,0 1,0 1,1"/>--><!--  箭頭向上-->

 

 本文章大半部分素材來自於朝夕教育，技術整理的不好。。。

 


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