3D グラフィックスの概要3D Graphics Overview

3D 機能ではWindows Presentation Foundation (WPF)Windows Presentation Foundation (WPF)、マークアップと手続き型の両方のコードで 3D グラフィックスを描画、変換、アニメーション化できます。The 3D functionality in Windows Presentation Foundation (WPF)Windows Presentation Foundation (WPF) enables developers to draw, transform, and animate 3D graphics in both markup and procedural code. 開発者は、2D グラフィックスと 3D グラフィックスを組み合わせて、リッチ コントロールを作成したり、複雑なデータの図を提供したり、アプリケーションのインターフェイスのユーザー エクスペリエンスを向上させることができます。Developers can combine 2D and 3D graphics to create rich controls, provide complex illustrations of data, or enhance the user experience of an application's interface. 3D サポートWPFWPFは、フル機能のゲーム開発プラットフォームを提供するようには設計されていません。3D support in WPFWPF is not designed to provide a full-featured game-development platform. このトピックでは、グラフィックス システムの 3DWPFWPF機能の概要について説明します。This topic provides an overview of 3D functionality in the WPFWPF graphics system.

2D コンテナ内の 3D3D in a 2D Container

3DWPFWPFグラフィックス コンテンツは要素 にカプセル化Viewport3Dされ、2 次元要素構造に含めることができます。3D graphics content in WPFWPF is encapsulated in an element, Viewport3D, that can participate in the two-dimensional element structure. グラフィックス システムはViewport3D、 の他の多くの要素と同様にWPFWPF、2 次元のビジュアル要素として扱われます。The graphics system treats Viewport3D as a two-dimensional visual element like many others in WPFWPF. Viewport3Dは、ビューポートのウィンドウとして 3 次元シーンに変換されます。Viewport3D functions as a window—a viewport—into a three-dimensional scene. より正確には、3D シーンが投影されるサーフェスです。More accurately, it is a surface on which a 3D scene is projected.

従来の 2D アプリケーションではViewport3D、Grid や Canvas などの別のコンテナ要素と同じように使用します。In a conventional 2D application, use Viewport3D as you would another container element like Grid or Canvas. 同じシーンViewport3Dグラフ内の他の 2D 図面オブジェクトと一緒に使用できますが、2D オブジェクトとViewport3D3D オブジェクトを内に入れることはできません。Although you can use Viewport3D with other 2D drawing objects in the same scene graph, you cannot interpenetrate 2D and 3D objects within a Viewport3D. このトピックでは、 内に 3D グラフィックスをViewport3D描画する方法について説明します。This topic will focus on how to draw 3D graphics inside the Viewport3D.

3D 座標空間3D Coordinate Space

2D グラフィックスの座標系はWPFWPF、レンダリング領域 (通常は画面) の左上に原点を配置します。The WPFWPF coordinate system for 2D graphics locates the origin in the upper left of the rendering area (typically the screen). 2D システムでは、正の x 軸の値が右に進み、正の y 軸の値が下降します。In the 2D system, positive x-axis values proceed to the right and positive y-axis values proceed downward. ただし、3D 座標系では、原点はレンダリング領域の中心にあり、正の x 軸の値は右に進み、正の y 軸値は上向きに進み、正の Z 軸の値は原点から外側に進みます。視聴者に向かって。In the 3D coordinate system, however, the origin is located in the center of the rendering area, with positive x-axis values proceeding to the right but positive y-axis values proceeding upward instead, and positive z-axis values proceeding outward from the origin, toward the viewer.

座標系Coordinate systems
従来の 2D および 3D 座標系の表現Conventional 2D and 3D coordinate system representations

これらの軸で定義されるスペースは、 の 3D オブジェクトの定常WPFWPF参照フレームです。The space defined by these axes is the stationary frame of reference for 3D objects in WPFWPF. この空間内にモデルを構築し、それらを表示するためのライトとカメラを作成するときは、この静止した基準枠 ("ワールド空間") と、モデルに変換を適用するときにモデルごとに作成するローカルな基準枠を区別することをお勧めします。As you build models in this space and create lights and cameras to view them, it's helpful to distinguish this stationary frame of reference, or "world space," from the local frame of reference you create for each model when you apply transformations to it. また、ワールド空間内のオブジェクトは、ライトとカメラの設定により、まったく違って見えたり、またはまったく見えなくなることがありますが、カメラの位置によってワールド空間内のオブジェクトの場所が変化することはないことに注意してください。Remember also that objects in world space might look entirely different, or not be visible at all, depending on light and camera settings, but the position of the camera does not change the location of objects in world space.

カメラと投影Cameras and Projections

2D で作業する開発者は、2 次元の画面に描画プリミティブを配置することに慣れています。Developers who work in 2D are accustomed to positioning drawing primitives on a two-dimensional screen. 3D シーンを作成する場合は、実際には 3D オブジェクトの 2D 表現を作成することに注意してください。When you create a 3D scene, it's important to remember that you are really creating a 2D representation of 3D objects. 3D シーンは見物人の視点によって異なって見えるので、その視点を指定する必要があります。Because a 3D scene looks different depending on the onlooker's point of view, you must specify that point of view. Cameraクラスを使用すると、3D シーンのこの視点を指定できます。The Camera class allows you to specify this point of view for a 3D scene.

2D サーフェス上での 3D シーンの表現方法を理解するもう 1 つの方法は、シーンをビューサーフェス上の投影として記述することです。Another way to understand how a 3D scene is represented on a 2D surface is by describing the scene as a projection onto the viewing surface. ProjectionCameraでは、さまざまな投影法とそのプロパティを指定して、見物人が 3D モデルを表示する方法を変更できます。The ProjectionCamera allows you to specify different projections and their properties to change how the onlooker sees 3D models. APerspectiveCameraは、シーンを短縮する投影を指定します。A PerspectiveCamera specifies a projection that foreshortens the scene. 言い換えれば、PerspectiveCamera消失点の視点を提供します。In other words, the PerspectiveCamera provides vanishing-point perspective. シーンの座標空間内でのカメラの位置、カメラの方向と視野、およびシーン内での "上" の方向を定義するベクトルを指定できます。You can specify the position of the camera in the coordinate space of the scene, the direction and field of view for the camera, and a vector that defines the direction of "up" in the scene. 次の図は、's の投影法をPerspectiveCamera示しています。The following diagram illustrates the PerspectiveCamera's projection.

カメラNearPlaneDistanceFarPlaneDistanceProjectionCamera投影範囲を制限するプロパティとプロパティ。The NearPlaneDistance and FarPlaneDistance properties of ProjectionCamera limit the range of the camera's projection. カメラはシーン内の任意の場所に配置できるため、カメラをモデルの内部またはモデルの非常に近くに実際に配置することができ、オブジェクトを正しく識別するのが困難になる場合があります。Because cameras can be located anywhere in the scene, it's possible for the camera to be actually positioned inside a model or very near a model, making it hard to distinguish objects properly. NearPlaneDistanceでは、オブジェクトを描画しない範囲のカメラからの最小距離を指定できます。NearPlaneDistance allows you to specify a minimum distance from the camera beyond which objects will not be drawn. 逆に、FarPlaneDistanceオブジェクトを描画しないカメラからの距離を指定して、オブジェクトが認識できないほど遠く離れているオブジェクトがシーンに含まれないようにすることができます。Conversely, FarPlaneDistance lets you specify a distance from the camera beyond which objects will not be drawn, which ensures that objects too far away to be recognizable won't be included in the scene.

カメラの設定Camera setup
カメラの位置Camera position

OrthographicCamera2D ビジュアル サーフェスに対する 3D モデルの直交投影を指定します。OrthographicCamera specifies an orthogonal projection of a 3D model to a 2D visual surface. 他のカメラと同じように、位置、視線方向、および "上" の向きを指定します。Like other cameras, it specifies a position, viewing direction, and "upward" direction. ただしPerspectiveCamera、とはOrthographicCamera異なり、遠近法の短縮を含まない投影法を記述します。Unlike PerspectiveCamera, however, OrthographicCamera describes a projection that does not include perspective foreshortening. つまり、OrthographicCameraカメラのポイントで辺が交わりするビューボックスではなく、平行なビューボックスを表します。In other words, OrthographicCamera describes a viewing box whose sides are parallel, instead of one whose sides meet in a point at the camera. 次の図は、 と を使用PerspectiveCameraしてOrthographicCamera表示したモデルと同じモデルを示しています。The following image shows the same model as viewed using PerspectiveCamera and OrthographicCamera.

正投影と透視投影Orthographic and perspective projection
透視投影と正投影Perspective and Orthographic Projections

次のコードでは、カメラの一般的な設定を示します。The following code shows some typical camera settings.

// Defines the camera used to view the 3D object. In order to view the 3D object,
// the camera must be positioned and pointed such that the object is within view 
// of the camera.
PerspectiveCamera myPCamera = new PerspectiveCamera();

// Specify where in the 3D scene the camera is.
myPCamera.Position = new Point3D(0, 0, 2);

// Specify the direction that the camera is pointing.
myPCamera.LookDirection = new Vector3D(0, 0, -1);

// Define camera's horizontal field of view in degrees.
myPCamera.FieldOfView = 60;

// Asign the camera to the viewport
myViewport3D.Camera = myPCamera;
' Defines the camera used to view the 3D object. In order to view the 3D object,
' the camera must be positioned and pointed such that the object is within view 
' of the camera.
Dim myPCamera As New PerspectiveCamera()

' Specify where in the 3D scene the camera is.
myPCamera.Position = New Point3D(0, 0, 2)

' Specify the direction that the camera is pointing.
myPCamera.LookDirection = New Vector3D(0, 0, -1)

' Define camera's horizontal field of view in degrees.
myPCamera.FieldOfView = 60

' Asign the camera to the viewport
myViewport3D.Camera = myPCamera

モデルとメッシュ プリミティブModel and Mesh Primitives

Model3Dは、汎用的な 3D オブジェクトを表す抽象基本クラスです。Model3D is the abstract base class that represents a generic 3D object. 3D シーンを作成するには、表示するオブジェクトが必要で、シーン グラフを構成するオブジェクトが からModel3D派生します。To build a 3D scene, you need some objects to view, and the objects that make up the scene graph derive from Model3D. 現在、WPFWPFでは、 を使用GeometryModel3Dしてジオメトリをモデリングできます。Currently, the WPFWPF supports modeling geometries with GeometryModel3D. このGeometryモデルのプロパティは、メッシュ プリミティブを取得します。The Geometry property of this model takes a mesh primitive.

モデルを構築するには、最初にプリミティブ (メッシュ) を作成します。To build a model, begin by building a primitive, or mesh. 3D プリミティブは、単一の 3D エンティティを形成する頂点の集合です。A 3D primitive is a collection of vertices that form a single 3D entity. ほとんどの 3D システムは、最も単純な閉じた図形(3 つの頂点で定義された三角形)をモデル化したプリミティブを提供します。Most 3D systems provide primitives modeled on the simplest closed figure: a triangle defined by three vertices. 三角形の 3 つの頂点は同一平面上にあるため、三角形の追加を続けて、メッシュと呼ばれる複雑な図形をモデル化できます。Because the three points of a triangle are coplanar, you can continue adding triangles in order to model more complex shapes, called meshes.

3D システムはWPFWPF現在クラスMeshGeometry3Dを提供しており、これにより任意のジオメトリを指定できます。現在、球体や立方体のような定義済みの 3D プリミティブはサポートされていません。The WPFWPF 3D system currently provides the MeshGeometry3D class, which allows you to specify any geometry; it does not currently support predefined 3D primitives like spheres and cubic forms. プロパティとして三MeshGeometry3D角形の頂点のリストを指定して作成をPositions開始します。Begin creating a MeshGeometry3D by specifying a list of triangle vertices as its Positions property. 各頂点はPoint3D.Each vertex is specified as a Point3D. (ではExtensible Application Markup Language (XAML)Extensible Application Markup Language (XAML)、このプロパティを、各頂点の座標を表す 3 つの数値にグループ化された数値のリストとして指定します。ジオメトリによっては、メッシュは多くの三角形で構成され、一部は同じコーナー(頂点)を共有します。(In Extensible Application Markup Language (XAML)Extensible Application Markup Language (XAML), specify this property as a list of numbers grouped in threes that represent the coordinates of each vertex.) Depending on its geometry, your mesh might be composed of many triangles, some of which share the same corners (vertices). WPFWPF でメッシュを正しく描画するには、どの頂点がどの三角形によって共有されているのかということに関する情報が必要です。To draw the mesh correctly, the WPFWPF needs information about which vertices are shared by which triangles. この情報を提供するには、TriangleIndicesプロパティに三角形のインデックスのリストを指定します。You provide this information by specifying a list of triangle indices with the TriangleIndices property. このリストは、リストで指定された点が三角形Positionsを決定する順序を指定します。This list specifies the order in which the points specified in the Positions list will determine a triangle.

<GeometryModel3D>
  <GeometryModel3D.Geometry>
          <MeshGeometry3D 
              Positions="-1 -1 0  1 -1 0  -1 1 0  1 1 0"
              Normals="0 0 1  0 0 1  0 0 1  0 0 1"
              TextureCoordinates="0 1  1 1  0 0  1 0   "
              TriangleIndices="0 1 2  1 3 2" />
      </GeometryModel3D.Geometry>
      <GeometryModel3D.Material>
          <DiffuseMaterial>
              <DiffuseMaterial.Brush>
                  <SolidColorBrush Color="Cyan" Opacity="0.3"/>
              </DiffuseMaterial.Brush>
          </DiffuseMaterial>
      </GeometryModel3D.Material>
  <!-- Translate the plane. -->
      <GeometryModel3D.Transform>
          <TranslateTransform3D
            OffsetX="2" OffsetY="0" OffsetZ="-1"   >
          </TranslateTransform3D>
      </GeometryModel3D.Transform>
  </GeometryModel3D>

前の例では、このリストPositionsは、立方体型のメッシュを定義する 8 つの頂点を指定しています。In the preceding example, the Positions list specifies eight vertices to define a cube-shaped mesh. このTriangleIndicesプロパティは、3 つのインデックスから構成される 12 のグループのリストを指定します。The TriangleIndices property specifies a list of twelve groups of three indices. リスト内の各番号は、リスト内のオフセットPositionsを参照します。Each number in the list refers to an offset into the Positions list. たとえば、リストで指定された最初のPositions3 つの頂点は(1、1、0、0、0、0)、(0,0,0)です。For example, the first three vertices specified by the Positions list are (1,1,0), (0,1,0), and (0,0,0). リストで指定された最初のTriangleIndices3 つのインデックスは、Positionsリストの最初、3 番目、2 番目のポイントに対応する 0、2、1 です。The first three indices specified by the TriangleIndices list are 0, 2, and 1, which correspond to the first, third, and second points in the Positions list. つまり、この立方体モデルを構成する最初の三角形は、(1,1,0)、(0,1,0)、(0,0,0) から作成されます。残りの 11 個の三角形も同じようにして決定されます。As a result, the first triangle that makes up the cube model will be composed from (1,1,0) to (0,1,0) to (0,0,0), and the remaining eleven triangles will be determined similarly.

プロパティNormalsの値を指定することで、TextureCoordinatesモデルの定義を続行できます。You can continue defining the model by specifying values for the Normals and TextureCoordinates properties. グラフィックス システムがモデルのサーフェイスをレンダリングするには、特定の三角形において面が向いている方向に関する情報が必要です。To render the surface of the model, the graphics system needs information about which direction the surface is facing at any given triangle. この情報を使って、モデルの照明の計算が行われます。光源に正対しているサーフェイスは、光源に対して角度のあるサーフェスより明るくなります。It uses this information to make lighting calculations for the model: surfaces that face directly towards a light source appear brighter than those angled away from the light. WPFWPFは位置座標を使って既定の法線ベクトルを決定できますが、曲面の外観を近似する別の法線ベクトルを指定することもできます。Though the WPFWPF can determine default normal vectors by using the position coordinates, you can also specify different normal vectors to approximate the appearance of curved surfaces.

このTextureCoordinatesプロパティは、テクスチャがPointメッシュの頂点にどのように描画されるのかを決定する座標をマップする方法をグラフィックス システムに指示する s のコレクションを指定します。The TextureCoordinates property specifies a collection of Points that tell the graphics system how to map the coordinates that determine how a texture is drawn to the vertices of the mesh. TextureCoordinatesは 0 から 1 までの範囲の値で指定します。TextureCoordinates are specified as a value between zero and 1, inclusive. プロパティと同様Normalsに、グラフィックス システムは既定のテクスチャ座標を計算できますが、繰り返しパターンの一部を含むテクスチャのマッピングを制御するために、異なるテクスチャ座標を設定することもできます。As with the Normals property, the graphics system can calculate default texture coordinates, but you might choose to set different texture coordinates to control the mapping of a texture that includes part of a repeating pattern, for example. テクスチャ座標について詳しくは、マネージド Direct3D SDK の後続のトピックをご覧ください。More information about texture coordinates can be found in subsequent topics or in the Managed Direct3D SDK.

次の例では、手続き型コードで立方体モデルの 1 つの面を作成する方法を示します。The following example shows how to create one face of the cube model in procedural code. キューブ全体を単一のジオメトリモデル3Dとして描画できます。この例では、後で各面に個別のテクスチャを適用するために、キューブの面を別個のモデルとして描画します。You can draw the entire cube as a single GeometryModel3D; this example draws the cube's face as a distinct model in order to apply separate textures to each face later.

MeshGeometry3D side1Plane = new MeshGeometry3D();
Private side1Plane As New MeshGeometry3D()
side1Plane.Positions.Add(new Point3D(-0.5, -0.5, -0.5));
side1Plane.Positions.Add(new Point3D(-0.5, 0.5, -0.5));
side1Plane.Positions.Add(new Point3D(0.5, 0.5, -0.5));
side1Plane.Positions.Add(new Point3D(0.5, 0.5, -0.5));
side1Plane.Positions.Add(new Point3D(0.5, -0.5, -0.5));
side1Plane.Positions.Add(new Point3D(-0.5, -0.5, -0.5));

side1Plane.TriangleIndices.Add(0);
side1Plane.TriangleIndices.Add(1);
side1Plane.TriangleIndices.Add(2);
side1Plane.TriangleIndices.Add(3);
side1Plane.TriangleIndices.Add(4);
side1Plane.TriangleIndices.Add(5);

side1Plane.Normals.Add(new Vector3D(0, 0, -1));
side1Plane.Normals.Add(new Vector3D(0, 0, -1));
side1Plane.Normals.Add(new Vector3D(0, 0, -1));
side1Plane.Normals.Add(new Vector3D(0, 0, -1));
side1Plane.Normals.Add(new Vector3D(0, 0, -1));
side1Plane.Normals.Add(new Vector3D(0, 0, -1));

side1Plane.TextureCoordinates.Add(new Point(1, 0));
side1Plane.TextureCoordinates.Add(new Point(1, 1));
side1Plane.TextureCoordinates.Add(new Point(0, 1));
side1Plane.TextureCoordinates.Add(new Point(0, 1));
side1Plane.TextureCoordinates.Add(new Point(0, 0));
side1Plane.TextureCoordinates.Add(new Point(1, 0));
side1Plane.Positions.Add(New Point3D(-0.5, -0.5, -0.5))
side1Plane.Positions.Add(New Point3D(-0.5, 0.5, -0.5))
side1Plane.Positions.Add(New Point3D(0.5, 0.5, -0.5))
side1Plane.Positions.Add(New Point3D(0.5, 0.5, -0.5))
side1Plane.Positions.Add(New Point3D(0.5, -0.5, -0.5))
side1Plane.Positions.Add(New Point3D(-0.5, -0.5, -0.5))

side1Plane.TriangleIndices.Add(0)
side1Plane.TriangleIndices.Add(1)
side1Plane.TriangleIndices.Add(2)
side1Plane.TriangleIndices.Add(3)
side1Plane.TriangleIndices.Add(4)
side1Plane.TriangleIndices.Add(5)

side1Plane.Normals.Add(New Vector3D(0, 0, -1))
side1Plane.Normals.Add(New Vector3D(0, 0, -1))
side1Plane.Normals.Add(New Vector3D(0, 0, -1))
side1Plane.Normals.Add(New Vector3D(0, 0, -1))
side1Plane.Normals.Add(New Vector3D(0, 0, -1))
side1Plane.Normals.Add(New Vector3D(0, 0, -1))

side1Plane.TextureCoordinates.Add(New Point(1, 0))
side1Plane.TextureCoordinates.Add(New Point(1, 1))
side1Plane.TextureCoordinates.Add(New Point(0, 1))
side1Plane.TextureCoordinates.Add(New Point(0, 1))
side1Plane.TextureCoordinates.Add(New Point(0, 0))
side1Plane.TextureCoordinates.Add(New Point(1, 0))

''

モデルへのマテリアルの適用Applying Materials to the Model

メッシュが 3 次元のオブジェクトのように見えるには、頂点と三角形によって定義されたサーフェイスをカバーするようにテクスチャを適用し、カメラで照明および投影できるようにする必要があります。For a mesh to look like a three-dimensional object, it must have an applied texture to cover the surface defined by its vertices and triangles so it can be lit and projected by the camera. 2D では、このクラスBrushを使用して、画面の領域に色、パターン、グラデーション、またはその他の視覚的なコンテンツを適用します。In 2D, you use the Brush class to apply colors, patterns, gradients, or other visual content to areas of the screen. ただし、3D オブジェクトの外観は、適用されるカラーやパターンだけでなく、照明モデルの機能です。The appearance of 3D objects, however, is a function of the lighting model, not just of the color or pattern applied to them. 現実世界のオブジェクトは、サーフェイスの質によって光の反射が異なります。光沢のあるサーフェイスの見た目は荒くて艶のないサーフェイスとは異なり、光を吸収するオブジェクトや反射するオブジェクトがあります。Real-world objects reflect light differently depending on the quality of their surfaces: glossy and shiny surfaces don't look the same as rough or matte surfaces, and some objects seem to absorb light while others glow. 同じブラシをすべて 2D オブジェクトに適用できる 3D オブジェクトに適用できますが、直接適用することはできません。You can apply all the same brushes to 3D objects that you can apply to 2D objects, but you can't apply them directly.

モデルのサーフェスの特性を定義するには、WPFWPF抽象クラスを使用Materialします。To define the characteristics of a model's surface, WPFWPF uses the Material abstract class. Material の具象サブクラスでは、モデルのサーフェイスの一部の外観特性が決まり、SolidColorBrush、TileBrush、または VisualBrush を渡すことができる Brush プロパティも提供されます。The concrete subclasses of Material determine some of the appearance characteristics of the model's surface, and each also provides a Brush property to which you can pass a SolidColorBrush, TileBrush, or VisualBrush.

  • DiffuseMaterialモデルが拡散して点灯したように、ブラシがモデルに適用されることを指定します。DiffuseMaterial specifies that the brush will be applied to the model as though that model were lit diffusely. 拡散を使用する材料は、2Dモデル上で直接ブラシを使用することに最も似ています。モデルサーフェスは、光沢のように光を反射しません。Using DiffuseMaterial most resembles using brushes directly on 2D models; model surfaces do not reflect light as though shiny.

  • SpecularMaterialモデルのサーフェスが硬いか光沢があり、ハイライトを反射できるかのように、ブラシをモデルに適用することを指定します。SpecularMaterial specifies that the brush will be applied to the model as though the model's surface were hard or shiny, capable of reflecting highlights. SpecularPowerプロパティの値を指定することで、テクスチャがこの反射品質を示す度合いを設定できます。You can set the degree to which the texture will suggest this reflective quality, or "shine," by specifying a value for the SpecularPower property.

  • EmissiveMaterialでは、モデルがブラシの色と等しい光を放出しているかのようにテクスチャを適用するように指定できます。EmissiveMaterial allows you to specify that the texture will be applied as though the model were emitting light equal to the color of the brush. これによってモデルが明るくなることはありませんが、DiffuseMaterial または SpecularMaterial のテクスチャとは異なるシャドウになります。This does not make the model a light; however, it will participate differently in shadowing than it would if textured with DiffuseMaterial or SpecularMaterial.

パフォーマンスを向上させるには、GeometryModel3Dシーンから(カメラのモデルの反対側にあるため、見えなくなっている面)の背面がシーンからカリングされます。For better performance, the backfaces of a GeometryModel3D (those faces that are out of view because they are on the opposite side of the model from the camera) are culled from the scene. 平面のようなモデルMaterialの裏面に適用する を指定するには、モデルのBackMaterialプロパティを設定します。To specify a Material to apply to the backface of a model like a plane, set the model's BackMaterial property.

光彩効果や反射効果など、ある種のサーフェイス品質を実現するには、複数の異なるブラシを連続してモデルに適用することが必要な場合があります。To achieve some surface qualities, like glowing or reflective effects, you might want to apply several different brushes to a model in succession. クラスを使用して、複数のマテリアルをMaterialGroup適用および再利用できます。You can apply and reuse multiple Materials by using the MaterialGroup class. MaterialGroup の子は、複数のレンダリング パスの最初から最後まで適用されます。The children of the MaterialGroup are applied first to last in multiple rendering passes.

次のコード例は、3D モデルにブラシとしてソリッド カラーと描画を適用する方法を示しています。The following code examples show how to apply a solid color and a drawing as brushes to 3D models.

<GeometryModel3D.Material>
    <DiffuseMaterial>
        <DiffuseMaterial.Brush>
            <SolidColorBrush Color="Cyan" Opacity="0.3"/>
        </DiffuseMaterial.Brush>
    </DiffuseMaterial>
</GeometryModel3D.Material>

' [!code-xaml3doverview#3DOverview3DN9]' [!code-xaml3doverview#3DOverview3DN9]
' [!code-csharp3doverview#3DOverview3DN8]' [!code-csharp3doverview#3DOverview3DN8]

Dim side5Material As New DiffuseMaterial(CType(Application.Current.Resources("patternBrush"), Brush))

シーンの照明Illuminating the Scene

3D グラフィックスのライトは、現実世界でのライトの実行を行います: サーフェスが表示されます。Lights in 3D graphics do what lights do in the real world: they make surfaces visible. さらに重要なことは、ライトによって投影に含まれるシーンの部分が決まります。More to the point, lights determine what part of a scene will be included in the projection. WPFWPF の Light オブジェクトは、さまざまなライト効果とシャドウ効果を作成し、現実世界のさまざまな照明の動作に従ってモデル化されます。Light objects in WPFWPF create a variety of light and shadow effects and are modeled after the behavior of various real-world lights. シーンに少なくとも 1 つのライトを含めるか、モデルが表示されません。Include at least one light in your scene, or no models will be visible.

次のライトは、基本クラスからLight派生します。The following lights derive from the base class Light:

  • AmbientLight: 位置や方向に関係なく、すべてのオブジェクトを均一に照らすアンビエント 照明を提供します。AmbientLight: Provides ambient lighting that illuminates all objects uniformly regardless of their location or orientation.

  • DirectionalLight: 遠くの光源のように照らされます。DirectionalLight: Illuminates like a distant light source. 指向性光源はDirectionVector3D として指定されていますが、指定された位置はありません。Directional lights have a Direction specified as a Vector3D, but no specified location.

  • PointLight: 近くの光源のように照らされます。PointLight: Illuminates like a nearby light source. PointLight には位置があり、その位置から光を投射します。PointLights have a position and cast light from that position. シーン内のオブジェクトは、その位置および光源からの距離に応じて照らされます。Objects in the scene are illuminated depending on their position and distance with respect to the light. PointLightBaseRangeは、モデルがライトによって照らされない距離を決定するプロパティを公開します。PointLightBase exposes a Range property, which determines a distance beyond which models will not be illuminated by the light. PointLight は減衰プロパティも公開し、距離の間に光の強度がどのように減少するかを決定します。PointLight also exposes attenuation properties, which determine how the light's intensity diminishes over distance. 光の減衰には、一定、線形、または 2 次補間を指定できます。You can specify constant, linear, or quadratic interpolations for the light's attenuation.

  • SpotLight: からPointLight継承します。SpotLight: Inherits from PointLight. SpotLight は PointLight と同じように照らし、位置と方向の両方を持ちます。Spotlights illuminate like PointLight and have both position and direction. これらのプロパティは、角度で指定されたInnerConeAngle、設定されたコーン形状OuterConeAngleの領域とプロパティにライトを投影します。They project light in a cone-shaped area set by InnerConeAngle and OuterConeAngle properties, specified in degrees.

ライトはModel3Dオブジェクトであるため、位置、色、方向、範囲などのライト プロパティを変換してアニメートできます。Lights are Model3D objects, so you can transform and animate light properties, including position, color, direction, and range.

<ModelVisual3D.Content>
    <AmbientLight Color="#333333" />
</ModelVisual3D.Content>
DirectionalLight myDirLight = new DirectionalLight();
Private myDirLight As New DirectionalLight()
myDirLight.Color = Colors.White;
myDirLight.Direction = new Vector3D(-3, -4, -5);
myDirLight.Color = Colors.White
myDirLight.Direction = New Vector3D(-3, -4, -5)
modelGroup.Children.Add(myDirLight);
modelGroup.Children.Add(myDirLight)

モデルの変換Transforming Models

モデルを作成するとき、モデルにはシーン内で特定の位置があります。When you create models, they have a particular location in the scene. モデルをシーン内で移動したり、回転したり、そのサイズを変更したりするのに、モデル自体を定義する頂点を変更するのは実用的ではありません。To move those models around in the scene, to rotate them, or to change their size, it's not practical to change the vertices that define the models themselves. 代わりに、2D と同様に、モデルに変換を適用します。Instead, just as in 2D, you apply transformations to models.

各モデル オブジェクトにはTransform、モデルの移動、方向変更、サイズ変更を行うことができるプロパティがあります。Each model object has a Transform property with which you can move, reorient, or resize the model. 変換を適用するときは、ベクトルにより、または変換で指定する値により、モデルのすべてのポイントをオフセットします。When you apply a transform, you effectively offset all the points of the model by whatever vector or value specified by the transform. つまり、モデルが定義されている座標空間 ("モデル空間") を変換するのであって、シーン全体の座標系 ("ワールド空間") 内でモデルのジオメトリを構成する値を変更するのではありません。In other words, you've transformed the coordinate space in which the model is defined ("model space"), but you haven't changed the values that make up the model's geometry in the coordinate system of the entire scene ("world space").

モデルの変換の詳細については、「3D 変換の概要」を参照してください。For more information about transforming models, see 3D Transformations Overview.

モデルのアニメーション化Animating Models

3D 実装はWPFWPF、2D グラフィックスと同じタイミングおよびアニメーション システムに参加します。The WPFWPF 3D implementation participates in the same timing and animation system as 2D graphics. つまり、3D シーンをアニメートするには、モデルのプロパティをアニメートします。In other words, to animate a 3D scene, animate the properties of its models. プリミティブのプロパティを直接アニメーション化することもできますが、通常は、モデルの位置や外観を変更する変換をアニメーション化する方が簡単です。It's possible to animate properties of primitives directly, but it's typically easier to animate transformations that change the position or appearance of models. 変換はオブジェクトだけでなく個々のモデルModel3DGroupにも適用できるため、Model3DGroup の子に 1 つのアニメーションセットを適用し、別のアニメーションセットを子オブジェクトのグループに適用することができます。Because transformations can be applied to Model3DGroup objects as well as individual models, it's possible to apply one set of animations to a child of a Model3DGroup and another set of animations to a group of child objects. また、シーンの照明のプロパティをアニメーション化することにより、さまざまな視覚効果を実現できます。You can also achieve a variety of visual effects by animating the properties of your scene's lighting. 最後に、カメラの位置または視野をアニメーション化することで、投影自体をアニメーション化することもできます。Finally, you might choose to animate the projection itself by animating the camera position or field of view. WPFWPF のタイミングおよびアニメーション システムの背景情報については、「アニメーションの概要」、「ストーリーボードの概要」、および「Freezable オブジェクトの概要」の各トピックをご覧ください。For background information on the WPFWPF timing and animation system, see the Animation Overview, Storyboards Overview, and Freezable Objects Overview topics.

WPFWPF のオブジェクトをアニメーション化するには、タイムラインを作成し、アニメーションを定義して (時間経過と共に一部のプロパティの値を実際に変更します)、アニメーションを適用するプロパティを指定します。To animate an object in WPFWPF, you create a timeline, define an animation (which is really a change in some property value over time), and specify the property to which to apply the animation. 3D シーン内のすべてのオブジェクトはViewport3Dの子であるため、シーンに適用するアニメーションの対象となるプロパティは Viewport3D のプロパティです。Because all the objects in a 3D scene are children of Viewport3D, the properties targeted by any animation you want to apply to the scene are properties of Viewport3D.

その場で揺れるように見えるモデルを作成したいものとします。Suppose you want to make a model appear to wobble in place. モデルに を適用RotateTransform3Dし、あるベクトルから別のベクトルへの回転軸をアニメートすることもできます。You might choose to apply a RotateTransform3D to the model, and animate the axis of its rotation from one vector to another. 次のコード例では、RotateTransform3D が TransformGroup でモデルに適用される複数の変換の 1 つであるものとして、変換の Rotation3D の Axis プロパティに Vector3DAnimation を適用する方法を示します。The following code example demonstrates applying a Vector3DAnimation to the Axis property of the transformation's Rotation3D, assuming the RotateTransform3D to be one of several transforms applied to the model with a TransformGroup.

//Define a rotation
RotateTransform3D myRotateTransform = new RotateTransform3D(new AxisAngleRotation3D(new Vector3D(0, 1, 0), 1));
'Define a rotation
Dim myRotateTransform As New RotateTransform3D(New AxisAngleRotation3D(New Vector3D(0, 1, 0), 1))
Vector3DAnimation myVectorAnimation = new Vector3DAnimation(new Vector3D(-1, -1, -1), new Duration(TimeSpan.FromMilliseconds(5000)));
myVectorAnimation.RepeatBehavior = RepeatBehavior.Forever;
Dim myVectorAnimation As New Vector3DAnimation(New Vector3D(-1, -1, -1), New Duration(TimeSpan.FromMilliseconds(5000)))
myVectorAnimation.RepeatBehavior = RepeatBehavior.Forever
myRotateTransform.Rotation.BeginAnimation(AxisAngleRotation3D.AxisProperty, myVectorAnimation);
myRotateTransform.Rotation.BeginAnimation(AxisAngleRotation3D.AxisProperty, myVectorAnimation)
//Add transformation to the model
cube1TransformGroup.Children.Add(myRotateTransform);
'Add transformation to the model
cube1TransformGroup.Children.Add(myRotateTransform)

ウィンドウに 3D コンテンツを追加するAdd 3D Content to the Window

シーンをレンダリングするには、モデルとライトをModel3DGroupに追加してから、Model3DGroupContentModelVisual3Dに設定します。To render the scene, add models and lights to a Model3DGroup, then set the Model3DGroup as the Content of a ModelVisual3D. ModelVisual3DコレクションにChildrenを追加しますViewport3DAdd the ModelVisual3D to the Children collection of the Viewport3D. カメラのプロパティをViewport3D設定して、Cameraカメラをに追加します。Add cameras to the Viewport3D by setting its Camera property.

最後に、Viewport3Dをウィンドウに追加します。Finally, add the Viewport3D to the window. Viewport3DCanvas などのレイアウト要素のコンテンツとして含まれる場合は、Viewport3D のサイズをHeightWidth指定します。 FrameworkElementWhen the Viewport3D is included as the content of a layout element like Canvas, specify the size of the Viewport3D by setting its Height and Width properties (inherited from FrameworkElement).

<UserControl x:Class="HostingWpfUserControlInWf.UserControl1"
    xmlns="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml/presentation"
    xmlns:x="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml"
    >
  
    <Grid>

      <!-- Place a Label control at the top of the view. -->
      <Label 
                HorizontalAlignment="Center" 
                TextBlock.TextAlignment="Center" 
                FontSize="20" 
                Foreground="Red" 
                Content="Model: Cone"/>

      <!-- Viewport3D is the rendering surface. -->
      <Viewport3D Name="myViewport" >

        <!-- Add a camera. -->
        <Viewport3D.Camera>
          <PerspectiveCamera 
                        FarPlaneDistance="20" 
                        LookDirection="0,0,1" 
                        UpDirection="0,1,0" 
                        NearPlaneDistance="1" 
                        Position="0,0,-3" 
                        FieldOfView="45" />
        </Viewport3D.Camera>

        <!-- Add models. -->
        <Viewport3D.Children>

          <ModelVisual3D>
            <ModelVisual3D.Content>

              <Model3DGroup >
                <Model3DGroup.Children>

                  <!-- Lights, MeshGeometry3D and DiffuseMaterial objects are added to the ModelVisual3D. -->
                  <DirectionalLight Color="#FFFFFFFF" Direction="3,-4,5" />

                  <!-- Define a red cone. -->
                  <GeometryModel3D>

                    <GeometryModel3D.Geometry>
                      <MeshGeometry3D 
    Positions="0.293893 -0.5 0.404509  0.475528 -0.5 0.154509  0 0.5 0  0.475528 -0.5 0.154509  0 0.5 0  0 0.5 0  0.475528 -0.5 0.154509  0.475528 -0.5 -0.154509  0 0.5 0  0.475528 -0.5 -0.154509  0 0.5 0  0 0.5 0  0.475528 -0.5 -0.154509  0.293893 -0.5 -0.404509  0 0.5 0  0.293893 -0.5 -0.404509  0 0.5 0  0 0.5 0  0.293893 -0.5 -0.404509  0 -0.5 -0.5  0 0.5 0  0 -0.5 -0.5  0 0.5 0  0 0.5 0  0 -0.5 -0.5  -0.293893 -0.5 -0.404509  0 0.5 0  -0.293893 -0.5 -0.404509  0 0.5 0  0 0.5 0  -0.293893 -0.5 -0.404509  -0.475528 -0.5 -0.154509  0 0.5 0  -0.475528 -0.5 -0.154509  0 0.5 0  0 0.5 0  -0.475528 -0.5 -0.154509  -0.475528 -0.5 0.154509  0 0.5 0  -0.475528 -0.5 0.154509  0 0.5 0  0 0.5 0  -0.475528 -0.5 0.154509  -0.293892 -0.5 0.404509  0 0.5 0  -0.293892 -0.5 0.404509  0 0.5 0  0 0.5 0  -0.293892 -0.5 0.404509  0 -0.5 0.5  0 0.5 0  0 -0.5 0.5  0 0.5 0  0 0.5 0  0 -0.5 0.5  0.293893 -0.5 0.404509  0 0.5 0  0.293893 -0.5 0.404509  0 0.5 0  0 0.5 0  " 
    Normals="0.7236065,0.4472139,0.5257313  0.2763934,0.4472138,0.8506507  0.5308242,0.4294462,0.7306172  0.2763934,0.4472138,0.8506507  0,0.4294458,0.9030925  0.5308242,0.4294462,0.7306172  0.2763934,0.4472138,0.8506507  -0.2763934,0.4472138,0.8506507  0,0.4294458,0.9030925  -0.2763934,0.4472138,0.8506507  -0.5308242,0.4294462,0.7306172  0,0.4294458,0.9030925  -0.2763934,0.4472138,0.8506507  -0.7236065,0.4472139,0.5257313  -0.5308242,0.4294462,0.7306172  -0.7236065,0.4472139,0.5257313  -0.858892,0.429446,0.279071  -0.5308242,0.4294462,0.7306172  -0.7236065,0.4472139,0.5257313  -0.8944269,0.4472139,0  -0.858892,0.429446,0.279071  -0.8944269,0.4472139,0  -0.858892,0.429446,-0.279071  -0.858892,0.429446,0.279071  -0.8944269,0.4472139,0  -0.7236065,0.4472139,-0.5257313  -0.858892,0.429446,-0.279071  -0.7236065,0.4472139,-0.5257313  -0.5308242,0.4294462,-0.7306172  -0.858892,0.429446,-0.279071  -0.7236065,0.4472139,-0.5257313  -0.2763934,0.4472138,-0.8506507  -0.5308242,0.4294462,-0.7306172  -0.2763934,0.4472138,-0.8506507  0,0.4294458,-0.9030925  -0.5308242,0.4294462,-0.7306172  -0.2763934,0.4472138,-0.8506507  0.2763934,0.4472138,-0.8506507  0,0.4294458,-0.9030925  0.2763934,0.4472138,-0.8506507  0.5308249,0.4294459,-0.7306169  0,0.4294458,-0.9030925  0.2763934,0.4472138,-0.8506507  0.7236068,0.4472141,-0.5257306  0.5308249,0.4294459,-0.7306169  0.7236068,0.4472141,-0.5257306  0.8588922,0.4294461,-0.27907  0.5308249,0.4294459,-0.7306169  0.7236068,0.4472141,-0.5257306  0.8944269,0.4472139,0  0.8588922,0.4294461,-0.27907  0.8944269,0.4472139,0  0.858892,0.429446,0.279071  0.8588922,0.4294461,-0.27907  0.8944269,0.4472139,0  0.7236065,0.4472139,0.5257313  0.858892,0.429446,0.279071  0.7236065,0.4472139,0.5257313  0.5308242,0.4294462,0.7306172  0.858892,0.429446,0.279071  "                   TriangleIndices="0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 " />
                    </GeometryModel3D.Geometry>

                    <GeometryModel3D.Material>
                      <DiffuseMaterial>
                        <DiffuseMaterial.Brush>
                          <SolidColorBrush 
                            Color="Red" 
                            Opacity="1.0"/>
                        </DiffuseMaterial.Brush>
                      </DiffuseMaterial>
                    </GeometryModel3D.Material>

                  </GeometryModel3D>

                </Model3DGroup.Children>
              </Model3DGroup>

            </ModelVisual3D.Content>

          </ModelVisual3D>

        </Viewport3D.Children>

      </Viewport3D>
    </Grid>
  
</UserControl>

関連項目See also