最近在研究3D显示，找到一款在winform上展示3D点云的控件，并且实现了点线面的展示，及光照渲染纹理贴图等功能，如下面几张图所展示。

一些基础知识可以在LearnOpenTK - OpenTK 这个网站上学习到。

我这边使用的是openTK3.3.3版本，展示点云很好实现，把读到的点云数据放进去即可展示。如下图展示点云。

我们需要把点连成面，有很多算法可以实现，但我拿到的图为一张tif格式16位的深度图，如下图

快速获取此图的深度信息

IntPtr pointer = model.ImgDepth.GetImagePointer1(out string type, out width, out height);
length = width * height;
short[] pointZCloud = new short[length];
Marshal.Copy(pointer, pointZCloud, 0, length);
point3Ds = new Vector3[length];
normals = new Vector3[length];
zGoodList = new List<float>();
for (int i = 0; i < length; i++)
{
    int row = i / width;
    int col = i % width;
    byte[] bytes = BitConverter.GetBytes(pointZCloud[i]);
    ushort z = BitConverter.ToUInt16(bytes, 0);
    float tempZ = z * model.ScaleZ +model.OffsetZ;
    point3Ds[i] = new Vector3(row * model.ScaleY, col * model.ScaleX, tempZ);
    if (z > 0)
    {
        zGoodList.Add(tempZ);
    }
}

我们很容易知道哪三个点可以连成一个面，如某个点为（row,col），和它组成三角形的另外两个点为（row+1,col）,(row,col+1),如下图组成一个个三角形，即可形成面

图中存在一个空的点，可通过阈值分割过滤掉，然后如何保证某个点必然存在后面两个和它构成三角形的点，用一个2x2的结构元腐蚀阈值分割出的区域，得到剩下所有的点必然每个点可以构成三角形，这种得到三角形的算法效率会非常高。

model.ImgDepth.Threshold((double)1, 65535).ErosionRectangle1(2, 2).GetRegionPoints(out HTuple rows1, out HTuple columns1);

long[] rows1Int = rows1.LArr;
long[] columns1Int = columns1.LArr;
int triLength = rows1Int.Length;

indices_Triangle = new uint[triLength * 6];
for (int i = 0; i < triLength; i++)
{
    uint a1 = (uint)(rows1Int[i] * width + columns1Int[i]);
    uint a2 = a1 + 1;
    uint a3 = a1 + (uint)width;
    uint a4 = a3 + 1;
    indices_Triangle[i * 6] = a1;
    indices_Triangle[i * 6 + 1] = a2;
    indices_Triangle[i * 6 + 2] = a3;
    indices_Triangle[i * 6 + 3] = a2;
    indices_Triangle[i * 6 + 4] = a3;
    indices_Triangle[i * 6 + 5] = a4;
}

不同高度渲染颜色从红色到蓝色

 objColors = new float[length * 3];
 for (int i = 0; i < length; i++)
 {
     if (point3Ds[i].Z > zMid)
     {
         objColors[i * 3] = (point3Ds[i].Z - zMid) / zHalfHigh;
         objColors[i * 3 + 1] = 1.0f - objColors[i * 3];
         objColors[i * 3 + 2] = 0;
     }
     else
     {
         objColors[i * 3] = 0;
         objColors[i * 3 + 1] = 1.0f - (zMid - point3Ds[i].Z) / zHalfHigh;
         objColors[i * 3 + 2] = (zMid - point3Ds[i].Z) / zHalfHigh;
     }
 }

然后还有光照，无光照和有光照效果差异很大，处理光照核心在于得到每个点的法向量，用上面的三角形的两条边构成的向量叉乘，及得到这个点的法向量，输入给着色器处理得到光照的渲染效果，如下面两张图对比

叉乘如下代码

Vector3 a1 = new Vector3(point3Ds[i].X, point3Ds[i].Y, point3Ds[i].Z);
Vector3 a2 = new Vector3(point3Ds[i + 1].X, point3Ds[i + 1].Y, point3Ds[i + 1].Z);
Vector3 a3 = new Vector3(point3Ds[i + width].X, point3Ds[i + width].Y, point3Ds[i + width].Z);
Vector3 b1 = a3 - a1;
Vector3 b2 = a2 - a1;
normals[i] = new Vector3(b1.Y * b2.Z - b2.Y * b1.Z, b1.Z * b2.X - b1.X * b2.Z, b1.X * b2.Y - b1.Y * b2.X);