一、三維坐標系系統

WPF采用右手坐標系系統，空間定位遵循：
$$X軸\to 右Y軸\to 上Z軸\to 觀察方向$$
三維坐標值表示為$(x,y,z)$，旋轉角度使用歐拉角體系。當進行三維變換時，遵循矩陣組合規律：
$$M_{transform}=M_{translation}\times M_{rotation}\times M_{scale}$$

二、視口與攝像機

如果使用3D內容，就需要有容器來包含3D內容。這個容器是Viewport3D類，該類位
于System.Windows.Controls名稱空間。Viewport3D類繼承自FrameworkElement類，所以它可
以放到能夠放置正常元素的任何地方。例如，可以使用它作為窗口或頁面的內容，也可以將它
放到更復雜的布局中。
Viewport3D類只應用于復雜的3D編程。它常用的兩個屬性——Camera和Children

• Camera屬性 定義了3D場景的觀察者（相機）
• Children屬性包含了希望放在場景中的所有3D對象。

當然，照亮3D場景的光源本身也是視口中的一個對象。

1. Viewport3D容器結構代碼

 <Viewport3D x:Name="viewport3D"><!--相機--><Viewport3D.Camera><PerspectiveCamera Position="100,100,100" LookDirection="-100,-100,-100" UpDirection="0,0,1" FieldOfView="10"><PerspectiveCamera.Transform><RotateTransform3D CenterX="0" CenterY="0" CenterZ="0"><RotateTransform3D.Rotation><!--視野可以繞物體中心軸旋轉--><AxisAngleRotation3D Axis="0 0 1" Angle="180"/></RotateTransform3D.Rotation></RotateTransform3D></PerspectiveCamera.Transform></PerspectiveCamera></Viewport3D.Camera><!--光源 離散的白色光源--><ModelVisual3D><ModelVisual3D.Content><Model3DGroup><AmbientLight Color="#999" /><!--點光源-光影層次感--><PointLight Color="#DDD" Position="100,0,100"/></Model3DGroup></ModelVisual3D.Content></ModelVisual3D><!--模型--><ModelVisual3D><ModelVisual3D.Content><Model3DGroup><GeometryModel3D><GeometryModel3D.Material><DiffuseMaterial Brush="Orange"/></GeometryModel3D.Material><GeometryModel3D.BackMaterial><DiffuseMaterial Brush="Orange"/></GeometryModel3D.BackMaterial><GeometryModel3D.Geometry><MeshGeometry3D Positions="2.5,0,0.5 -2.5,0,0.5 2.5,2,0.5 -2.5,2,0.52.5,0,0 -2.5,0,0 2.5,2,0 -2.5,2,0"TriangleIndices="0,2,1 1,2,3"/></GeometryModel3D.Geometry></GeometryModel3D></Model3DGroup></ModelVisual3D.Content></ModelVisual3D></Viewport3D>

運行效果

注意：
在Viewport3D類的繼承屬性中，有一個屬性特別重要：ClipToBounds。如果將該屬性設置
為true(默認值)，超出視口邊界的內容將被剪裁掉。如果設置為false，內容會顯示在相鄰元素
的上面。這種行為和Canvas控件的ClipToBounds屬性的行為相同。然而，當使用Viewport3D
類時有如下重要的區別：性能。如果將Viewport3D.ClipToBounds屬性設置為false，當渲染復
雜的、頻繁更新的3D場景時，可顯著提高性能。

2. 攝像機類型對比

• PerspectiveCamera（透視投影）

<PerspectiveCamera Position="0,0,5" LookDirection="0,0,-1" UpDirection="0,1,0"FieldOfView="60"/>

• OrthographicCamera（正交投影）

<OrthographicCameraPosition="0,0,5"LookDirection="0,0,-1"Width="10"/>

三、光照體系

光照類型	特點	適用場景
AmbientLight	均勻環境光	基礎照明
DirectionalLight	平行光源（類似太陽光）	主體照明
PointLight	點光源（球狀衰減）	局部照明
SpotLight	聚光燈（錐形照射）	特殊效果

<ModelVisual3D><ModelVisual3D.Content><DirectionalLight Color="White" Direction="-1,-1,-1"/></ModelVisual3D.Content>
</ModelVisual3D>

四、幾何模型構建

1. MeshGeometry3D核心屬性

var geometry = new MeshGeometry3D {Positions = new Point3DCollection {new Point3D(-1,1,1),  // 頂點坐標集合new Point3D(1,1,1),// ...其他頂點},TriangleIndices = new Int32Collection {0,1,2,  // 三角形索引2,3,0,// ...其他面},TextureCoordinates = new PointCollection {new Point(0,0),  // 紋理坐標new Point(1,0),// ...其他貼圖坐標}
};

2. 材質與著色器

<GeometryModel3D.Material><MaterialGroup><DiffuseMaterial Brush="Blue"/><SpecularMaterial Brush="White" SpecularPower="20"/></MaterialGroup>
</GeometryModel3D.Material>

五、WPF3D中常見的幾個類

類名	說明
Viewport3D	定義了用于渲染3D對象的表面。它作為容器包含所有3D繪圖的可見元素，是創建3D場景的基礎組件。
ModelVisual3D	包含在Viewport3D中，負責展示3D模型的所有可見部分。支持對整個模型應用變換操作（如旋轉、縮放和移動），以便調整模型在3D空間中的位置和方向。
GeometryModel3D	是ModelVisual3D的一個具體實現，用于定義3D模型的具體外觀。它不僅包含幾何形狀（通過MeshGeometry3D定義），還包含了材質信息，以確定模型的顏色和紋理等視覺屬性。
Geometry3D	抽象基類，提供了定義幾何形狀的基本框架。它的具體實現MeshGeometry3D允許用戶通過指定三角形的位置來構建復雜的3D模型。
Material	抽象基類，用于定義應用于MeshGeometry3D上的材質屬性，影響3D模型的外觀。包括EmissiveMaterial（自發光）、DiffuseMaterial（漫反射光）、SpecularMaterial（鏡面反射光）等，以及可以通過MaterialGroup將多種材質組合使用。
Light	抽象基類，提供基礎照明功能。其子類包括AmbientLight（環境光，無方向性）、DirectionalLight（定向光源，模擬太陽光）、PointLight（點光源，從一個點向四周均勻發光）和SpotLight（聚光燈，發出錐形光線）。這些光源共同作用，為3D場景提供逼真的光照效果。
Camera	抽象基類，用于控制3D場景如何投影到2D顯示表面上。PerspectiveCamera模擬人眼視角，遠處物體顯得更小；OrthographicCamera不考慮距離因素，適用于技術制圖；而MatrixCamera則允許更靈活地設置視圖轉換矩陣。
Transform3D	抽象基類，提供對3D對象進行變換的能力。包括TranslateTransform3D（位移變換）、ScaleTransform3D（縮放變換）、RotateTransform3D（旋轉變換）、MatrixTransform3D（基于矩陣的變換）和Transform3DGroup（組合多個變換）。

通過合理運用坐標系系統、攝像機配置、光照方案和材質組合，開發者可以構建出具有專業級表現力的三維交互界面。建議通過實際調試不同參數組合來深入理解各元素的視覺影響。