如何检测WPF中过远不可见的3D元素并获取其2D投影坐标？

一、检测远距离元素的可见性并添加视觉指示器 #

要判断3D元素因距离过远在Viewport3D中是否不可见，可通过获取元素投影到视口的像素尺寸来实现，具体步骤如下：

1. 获取元素的2D投影边界
   使用Visual3D.TransformToAncestor方法，将3D元素的坐标转换到Viewport3D的2D坐标系，进而计算其在屏幕上的实际尺寸：

private bool IsElementTooSmall(ModelVisual3D visual3D, Viewport3D viewport, double sizeThreshold)
{
    // 获取元素到Viewport3D的变换
    var transform = visual3D.TransformToAncestor(viewport);
    // 获取元素的3D边界框
    var bounds = visual3D.Content.Bounds;
    
    // 将边界框的8个顶点转换为2D坐标
    var cornerPoints = new[]
    {
        new Point3D(bounds.MinX, bounds.MinY, bounds.MinZ),
        new Point3D(bounds.MaxX, bounds.MinY, bounds.MinZ),
        new Point3D(bounds.MinX, bounds.MaxY, bounds.MinZ),
        new Point3D(bounds.MaxX, bounds.MaxY, bounds.MinZ),
        new Point3D(bounds.MinX, bounds.MinY, bounds.MaxZ),
        new Point3D(bounds.MaxX, bounds.MinY, bounds.MaxZ),
        new Point3D(bounds.MinX, bounds.MaxY, bounds.MaxZ),
        new Point3D(bounds.MaxX, bounds.MaxY, bounds.MaxZ)
    };
    
    double minX = double.MaxValue, maxX = double.MinValue;
    double minY = double.MaxValue, maxY = double.MinValue;
    
    foreach (var point in cornerPoints)
    {
        var screenPoint = transform.Transform(point);
        minX = Math.Min(minX, screenPoint.X);
        maxX = Math.Max(maxX, screenPoint.X);
        minY = Math.Min(minY, screenPoint.Y);
        maxY = Math.Max(maxY, screenPoint.Y);
    }
    
    // 计算元素在屏幕上的宽高
    double width = maxX - minX;
    double height = maxY - minY;
    
    // 判断是否小于阈值
    return width < sizeThreshold || height < sizeThreshold;
}

2. 切换视觉状态添加指示器
   当检测到元素尺寸低于阈值时，可通过修改ModelVisual3D的内容，替换为一个小尺寸的视觉指示器（比如一个简单的GeometryModel3D作为标记）：

private void UpdateElementVisibilityState(ModelVisual3D visual3D, Viewport3D viewport, double threshold)
{
    bool isTooSmall = IsElementTooSmall(visual3D, viewport, threshold);
    
    if (isTooSmall)
    {
        // 替换为视觉指示器（示例：一个红色的小立方体）
        var indicatorMesh = new MeshGeometry3D();
        // 构建小立方体的顶点数据（可提前预定义缓存）
        // ...
        
        visual3D.Content = new GeometryModel3D
        {
            Geometry = indicatorMesh,
            Material = new DiffuseMaterial(Brushes.Red)
        };
    }
    else
    {
        // 恢复原元素模型（建议提前缓存原模型避免重复创建）
        // ...
    }
}

二、复用WPF内置能力实现3D点到2D屏幕坐标的投影 #

无需自行编写投影计算逻辑，可直接复用WPF的内置变换管道，提供两种实用方法：

方法1：通过Visual3D的变换转换单个点 #

如果3D点属于某个Visual3D元素，可直接使用该元素的变换链转换到屏幕坐标：

private Point Convert3DPointToScreen(Point3D worldPoint, Visual3D visual3D, Viewport3D viewport)
{
    // 获取元素到Viewport3D的变换
    var transformToViewport = visual3D.TransformToAncestor(viewport);
    // 将世界空间的点转换到Viewport3D的2D坐标
    var viewportPoint = transformToViewport.Transform(worldPoint);
    // 转换到屏幕坐标（叠加Viewport3D在窗口中的位置）
    var screenPoint = viewport.PointToScreen(viewportPoint);
    return screenPoint;
}

方法2：直接利用相机的投影变换 #

如果点不属于任何Visual3D，可通过相机的ViewProjectionMatrix完成转换，完全复用WPF内置的投影逻辑：

private Point ConvertWorldPointToScreen(Point3D worldPoint, Camera camera, Viewport3D viewport)
{
    // 获取相机的视图投影矩阵
    Matrix3D viewProjMatrix = camera.ViewProjectionMatrix;
    // 将世界点转换为齐次坐标
    var homogeneousPoint = new Point4D(worldPoint.X, worldPoint.Y, worldPoint.Z, 1);
    // 应用视图投影变换
    homogeneousPoint = viewProjMatrix.Transform(homogeneousPoint);
    
    // 转换为归一化设备坐标（NDC）
    double ndcX = homogeneousPoint.X / homogeneousPoint.W;
    double ndcY = homogeneousPoint.Y / homogeneousPoint.W;
    
    // 转换为Viewport3D的像素坐标
    double viewportX = (ndcX + 1) * viewport.ActualWidth / 2;
    double viewportY = (1 - ndcY) * viewport.ActualHeight / 2;
    
    // 转换为屏幕坐标
    return viewport.PointToScreen(new Point(viewportX, viewportY));
}

内容的提问来源于stack exchange，提问作者WoodManEXP