c# - 仅基于世界坐标将对象投影到场景中

Question

我想将 3D 图像放置到基于世界/全局坐标的场景中。我有一个场景的图像。图像是在某个全局坐标 (x1, y1, z1) 处捕获的。我得到了一个需要根据其全局坐标 (x2, y2, y3) 放置到该场景中的对象。这个物体需要像透视投影一样准确地投影到场景中。

举个例子可能有助于说明这一点。想象一下，有一个带有一组全局坐标的 parking 场。拍摄了 parking 场的一部分。记录拍摄图像的地点的坐标。目标是使用该车辆的全局坐标将虚拟车辆放置到此图像中。因为车辆的全局坐标可能不在图像的全局坐标的 fov 中，所以我假设我将需要图像坐标、角度和可能的 fov。

3D 图形不是我的领域所以我一直在看 http://en.wikipedia.org/wiki/Perspective_projection#Perspective_projection .我也一直在看 Matrix3DProjection，它似乎可能是我正在寻找的东西，但它只适用于 Silverlight，我正试图在 WPF 中做到这一点。在我看来，我似乎需要确定图像 fov 中的 (X,Y,Z) 坐标，确定世界坐标到像素的转换，然后准确地将车辆投影到图像中，为其提供正确的视角，以便看起来是 3D 的，即越远越小越近

WPF 中是否有函数可以帮助解决这个问题，或者我是否需要重新学习矩阵并手动执行此操作？

Answer 1

我不确定我是否理解为什么这很困难。如果我对你的理解是正确的，那么你需要做的就是在你的 Model3D 对象上设置转换。我假设您的汽车模型已经有了 Model3D 对象(Model3DGroup 或 GeometryModel3D)。以下是如何将其与场景图像结合起来:

1. 在表示您的汽车模型的 Model3D 上使用任何方便的坐标，然后添加一个由 ScaleTransform3D、RotateTransform3D 和 TranslateTransform3D 组成的 Transform3DGroup，以调整汽车模型的大小并将其定位到全局坐标

   <

2. 为场景创建一个 GeometryModel3D，使用 Material 的 ImageBrush、一个简单的矩形 Geometry3D 和一个由 ScaleTransform3D、TranslateTransform3D、RotateTransform3D 和 TranslateTransform3D 组成的 Transform3DGroup 来调整场景的大小和位置(参见代码详情请在下方评论)

3. 使用 PerspectiveCamera 构建一个 Viewport3DVisual 并包含一个 Model3DVisual，该 Model3DGroup 包含一个 AmbientLight 以及在步骤 1 和 2 中创建的模型

所以 XAML 应该是这样的:

...
<Viewport3DVisual>

  <!-- the camera -->
  <Viewport3DVisual.Camera>
    <PerspectiveCamera ... camera parameters ... />
  </Viewport3DVisual.Camera>

  <ModelVisual3D>
    <ModelVisual3D.Content>
      <Model3DGroup>

        <!-- the light -->
        <AmbientLight ... light parameters ... />

        <!-- the car model -->
        <Model3DGroup>
          <Model3DGroup.Transform>
            <Transform3DGroup>
              <ScaleTransform3D    ... scale car to proper size ... />
              <RotateTransform3D   ... face car in proper direction ... />
              <TranslateTranform3D ... move car to proper global coordinates ... />
            </Transform3DGroup>
          </Model3DGroup.Transform>

          ... GeometryModel3D or Model3DGroup for the car model goes here ...

        </Model3DGroup>

        <!-- the scene image -->
        <GeometryModel3D>

          <GeometryModel3D.Material>
            <ImageBrush ImageSource=... scene image ... />
          </GeometryModel3D.Material>

          <GeometryModel3D.Geometry>
            <MeshGeometry3D Positions="0,0,0 1,0,0 1,1,0 0,1,0" Indices="0,1,2 2,3,0" />
          </GeometryModel3D.Geometry>

          <GeometryModel3D.Transform>
            <Transform3DGroup>
              <ScaleTransform3D     ... scale scene to apparent size ... />
              <TranslateTransform3D ... translate scene along Z axis to apparent distance from camera ... />
              <RotateTransform3D    ... rotate distanced scene to original camera orientation ... />
              <TranslateTransform3D ... move to global coordinates of original camera location ... />
            </Transform3DGroup>
          </GeometryModel3D.Transform>

        </GeometryModel3D>

      </Model3DGroup>
    </ModelVisual3D.Content>
  </ModelVisual3D>
</Viewport3DVisual>

请注意，您的场景图像是使用外观尺寸和距离而不是视野设置的。为场景图像选择较大的视距，使其始终位于汽车模型的后面。像这样计算外观尺寸:

var verticalFieldOfView = 60.0;    // Degrees
var horizontalFieldOfView = 60.0;  // Degrees
SceneApparentDistance = 1000.0;    // In global coordinate units

SceneApparentHeight = image.Height * SceneApparentDistance * Math.Tan(verticalFieldOfView * Math.Pi/180));
SceneApparentWidth = image.Width * SceneApparentDistance * Math.Tan(horizontalFieldOfView * Math.Pi/180));