Viewport3D por Hardware, Malhas & Câmeras (WpfViewport3DManager.cs)

O arquivo WpfViewport3DManager.cs gerencia a visualização de modelos 3D com aceleração de hardware via DirectX e pipeline de malhas triangulares do WPF.

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1. Malhas Triangulares com MeshGeometry3D

No WPF, todo modelo tridimensional é constituído por triângulos descritos na classe MeshGeometry3D:

• Positions: Vetores tridimensionais $(X, Y, Z)$ definindo a localização de cada vértice no espaço local.
• TriangleIndices: Trios de índices inteiros que conectam os vértices para formar as faces triangulares.
• Ordenação Anti-Horária (CCW): A ordem de indexação $(V_0 \to V_1 \to V_2)$ define a face frontal através da regra da mão direita. Triângulos visualizados por trás são descartados por Back-Face Culling.

<!-- Malha Triangular de um Plano com Coordenadas UV de Textura -->
<MeshGeometry3D Positions="-1,0,-1  1,0,-1  1,0,1  -1,0,1"
                TriangleIndices="0,1,2  0,2,3"
                TextureCoordinates="0,0  4,0  4,4  0,4"/>

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2. Câmeras: PerspectiveCamera e Projeção

A classe PerspectiveCamera simula o olho humano e lentes ópticas:

• Position: Localização do observador no espaço $(X, Y, Z)$.
• LookDirection: Vetor direcional que aponta para onde a câmera está olhando.
• UpDirection: Vetor vertical de orientação (usualmente $(0, 1, 0)$).
• FieldOfView: Ângulo do cone de visão em graus (ex: $60^\circ$).

Câmera Orbital Arcball com Coordenadas Esféricas

A câmera orbita ao redor da cena utilizando parametrização esférica:

• Distância ($r$): Controlada pelo Scroll do mouse.
• Ângulo Azimutal ($\theta$): Rotação horizontal de $0^\circ$ a $360^\circ$.
• Ângulo Polar ($\phi$): Elevação vertical de $-89^\circ$ a $+89^\circ$.

$$X = r \cdot \cos(\phi) \cdot \sin(\theta), \quad Y = r \cdot \sin(\phi), \quad Z = r \cdot \cos(\phi) \cdot \cos(\theta)$$

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3. Iluminação Difusa e a Lei de Lambert

Para iluminar superfícies foscas (como pedra, madeira ou argamassa), o motor 3D aplica a Lei de Reflexão de Lambert:

$$I_{\text{difusa}} = I_{\text{luz}} \cdot k_d \cdot \max(0, \; \vec{N} \cdot \vec{L})$$

Onde $\vec{N}$ é a normal unitária da superfície e $\vec{L}$ é a direção da luz incidente. O produto escalar $\vec{N} \cdot \vec{L}$ calcula o cosseno do ângulo de incidência da luz.

Sistema Solar com Duas Luzes Direcionais

Em cenas arquitetônicas abertas, combinam-se duas instâncias de DirectionalLight com inclinação de $30^\circ$ e rotação oposta para manter ambas as fachadas iluminadas sem sombras pretas absolutas.

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4. Repetição de Texturas com TileMode=“Tile”

Para aplicar texturas de piso e parede sem esticar a imagem, utiliza-se ImageBrush com repetição em mosaico:

<DiffuseMaterial>
    <DiffuseMaterial.Brush>
        <ImageBrush ImageSource="Assets/granite.png"
                    TileMode="Tile"
                    Viewport="0,0,0.25,0.25"
                    ViewportUnits="Relative"/>
    </DiffuseMaterial.Brush>
</DiffuseMaterial>

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Referências Oficiais Microsoft Learn

• Classe Viewport3D (System.Windows.Controls) — Container visual para renderização de cenas 3D no espaço de interface 2D.
• Classe PerspectiveCamera — Configuração de posição, vetor LookDirection, UpDirection e FieldOfView.
• Propriedade TileBrush.TileMode — Mapeamento e repetição de texturas no WPF.

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Próximo Passo: Explore a Modelagem Hierárquica e Grafos de Cena.