3D仿真工厂产线

概要

.NET 可以用于开发 3D 自动化产线仿真应用

实现方式

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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：

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
{
    /// 

    /// MainWindow.xaml 的交互逻辑
    /// 
    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。