文章目录
概要
.NET 可以用于开发 3D 自动化产线仿真应用
实现方式
- 使用 3D 图形库
OpenTK: 提供 OpenGL 的 .NET 封装，适合需要高性能渲染的场景。
SharpDX: 支持 DirectX，适合 Windows 平台的高性能 3D 图形开发。
Helix Toolkit: 基于 WPF 的 3D 图形库，适合快速开发。 - 集成物理引擎
BulletSharp: Bullet 物理引擎的 .NET 封装，适合复杂物理模拟。
Jitter Physics: 轻量级物理引擎，适合简单物理模拟。 - 使用游戏引擎
Unity: 支持 C# 脚本，适合复杂 3D 仿真和交互。
Unreal Engine: 通过 .NET 插件支持 C#，适合高端 3D 仿真。 - 数据与逻辑处理
C#: 用于编写仿真逻辑、数据处理和用户交互。
WPF: 用于构建用户界面，支持 3D 图形集成。 - 与自动化系统集成
OPC UA: 通过 .NET 库与工业设备通信。
Modbus: 使用 .NET 库与支持 Modbus 的设备通信。
环境配置
1.安装 Visual Studio：确保已安装 Visual Studio（推荐 2019 或更高版本）。
2.创建 WPF 项目：
打开 Visual Studio，选择“创建新项目”。
选择“WPF App (.NET Framework)” 或 “WPF App (.NET Core)”。
命名项目，例如 ConveyorBeltSimulation。
3.安装 Helix Toolkit：
在项目中，右键点击“依赖项”，选择“管理 NuGet 包”。
搜索 HelixToolkit.Wpf 并安装。
技术细节
界面设计：
<Window x:Class="ConveyorBeltSimulation.MainWindow"
xmlns="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml/presentation"
xmlns:x="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml"
xmlns:h="http://helix-toolkit.org/wpf"
xmlns:d="http://schemas.microsoft.com/expression/blend/2008"
xmlns:mc="http://schemas.openxmlformats.org/markup-compatibility/2006"
xmlns:local="clr-namespace:ConveyorBeltSimulation"
mc:Ignorable="d"
Title="MainWindow" Height="450" Width="800">
<Grid>
<Grid.RowDefinitions>
<RowDefinition Height="*" />
<RowDefinition Height="Auto" />
</Grid.RowDefinitions>
<!-- HelixViewport3D 用于显示 3D 场景 -->
<h:HelixViewport3D x:Name="viewport" Grid.Row="0">
<!-- 添加默认灯光 -->
<h:DefaultLights />
</h:HelixViewport3D>
<!-- 控制传送带速度的滑块 -->
<Slider x:Name="speedSlider" Grid.Row="1" Minimum="0" Maximum="2" Value="1" />
</Grid>
</Window>
创建3D模型：
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;
using System.Windows;
using System.Windows.Controls;
using System.Windows.Data;
using System.Windows.Documents;
using System.Windows.Input;
using System.Windows.Media;
using System.Windows.Media.Imaging;
using System.Windows.Media.Media3D;
using System.Windows.Navigation;
using System.Windows.Shapes;
using BulletSharp;
using HelixToolkit.Wpf;
namespace ConveyorBeltSimulation
{
/// <summary>
/// MainWindow.xaml 的交互逻辑
/// </summary>
public partial class MainWindow : Window
{
// 方块模型
private ModelVisual3D cube;
// 传送带模型
private GeometryModel3D conveyorBeltModel;
// 方块的位置
private double cubePositionX = -5; // 初始位置在传送带的一端
// 传送带的纹理偏移量（用于模拟运动）
private double textureOffset = 0;
public MainWindow()
{
InitializeComponent();
// 初始化场景
InitializeScene();
// 启动动画
CompositionTarget.Rendering += AnimateScene;
}
private void InitializeScene()
{
// 创建传送带（一个长方体）
var conveyorBelt = new MeshBuilder();
conveyorBelt.AddBox(new Point3D(0, 0, -1), 10, 2, 0.2); // 传送带尺寸
conveyorBeltModel = new GeometryModel3D(
conveyorBelt.ToMesh(),
MaterialHelper.CreateMaterial(Brushes.Green) // 使用绿色材质
);
viewport.Children.Add(new ModelVisual3D { Content = conveyorBeltModel });
// 创建方块
var cubeBuilder = new MeshBuilder();
cubeBuilder.AddBox(new Point3D(0, 0, 0), 1, 1, 1); // 方块尺寸
cube = new ModelVisual3D
{
Content = new GeometryModel3D(
cubeBuilder.ToMesh(),
MaterialHelper.CreateMaterial(Brushes.Blue) // 使用蓝色材质
),
Transform = new TranslateTransform3D(cubePositionX, 0, 0) // 初始位置
};
viewport.Children.Add(cube);
}
private void AnimateScene(object sender, EventArgs e)
{
// 获取传送带速度
double speed = speedSlider.Value;
// 更新传送带的纹理偏移量（模拟运动）
textureOffset += speed * 0.01;
if (textureOffset > 1) textureOffset -= 1; // 循环纹理
// 更新传送带的材质（使用纹理偏移）
var materialGroup = new MaterialGroup();
var diffuseMaterial = new DiffuseMaterial(new SolidColorBrush(Colors.Green));
var transform = new TranslateTransform3D(-textureOffset * 10, 0, 0); // 纹理偏移
diffuseMaterial.Brush.Transform = new TranslateTransform(transform.OffsetX, 0);
materialGroup.Children.Add(diffuseMaterial);
conveyorBeltModel.Material = materialGroup;
// 更新方块的位置
cubePositionX += speed * 0.01; // 移动速度与传送带同步
if (cubePositionX > 5) cubePositionX = -5; // 循环移动
// 更新方块的变换
cube.Transform = new TranslateTransform3D(cubePositionX, 0, 0);
}
}
}
小结
通过 WPF 和 Helix Toolkit，可以快速实现一个简单的 3D 传送带仿真。代码结构清晰，易于扩展，适合初学者学习和进一步开发。
