网格颜色混乱可能是由于错误的顶点法线计算

Question

我有顶点 position 和 index 我想要顶点 normal:

// input
vector<Vec3f> points = ... // position
vector<Vec3i> facets = ... // index (triangles)

// output
vector<Vec3f> norms; // normal

方法一

我这样计算法线：

    norms.resize(points.size()); // for each vertex there is a normal

    for (Vec3i f : facets) {
        int i0 = f.x();
        int i1 = f.y(); // index
        int i2 = f.z();
        Vec3d pos0 = points.at(i0);
        Vec3d pos1 = points.at(i1); // position
        Vec3d pos2 = points.at(i2);

        Vec3d N = triangleNormal(pos0, pos1, pos2); // face/triangle normal

        norms[i0] = N;
        norms[i1] = N; // Use the same normal for all 3 vertices
        norms[i2] = N;
    }

然后，使用 Phong material:

渲染输出网格

方法一反转法线

当我在方法1中反转法线方向时：

        norms[i0] = -N;
        norms[i1] = -N;
        norms[i2] = -N;

暗区和亮区交换：

通过以下方式将位置 0 与位置 1 交换也会发生同样的情况：

        // Vec3d N = triangleNormal(pos0, pos1, pos2);
        Vec3d N = triangleNormal(pos1, pos0, pos2); // Swap pos0 with pos1

方法二

我通过 this method 计算法线：

    // Count how many faces/triangles a vertex is shared by
    vector<int> counters;
    counters.resize(points.size());

    norms.resize(points.size());
    for (Vec3i f : facets) {
        int i0 = f.x();
        int i1 = f.y(); // index
        int i2 = f.z();
        Vec3d pos0 = points.at(i0);
        Vec3d pos1 = points.at(i1); // position
        Vec3d pos2 = points.at(i2);
        
        Vec3d N = triangleNormal(pos0, pos1, pos2);

        // Must be normalized
        // 
        N.normalize();

        norms[i0] += N;
        norms[i1] += N; // add normal to all vertices used in face
        norms[i2] += N;

        counters[i0]++;
        counters[i1]++; // increment count for all vertices used in face
        counters[i2]++;

    }

    // 
    for (int i = 0; i < static_cast<int>(norms.size()); ++i) {
        if (counters[i] > 0)
            norms[i] /= counters[i];
        else
            norms[i].normalize();
    }

此方法通过 Phong material:

产生完全黑暗的最终渲染

我也尝试了建议的方法 and ，这与方法 2 类似。它们都会导致最终渲染看起来像方法 2 的渲染，即没有任何亮区的所有黑暗区域。

方法二反转法线

我用的是方法二，但是最后我把法线方向反转了：

    for (Vec3d & n : norms) {
        n = -n;
    }

令我惊讶的是，最终渲染图全黑了：

同样在方法 2 中，我尝试将位置 0 与位置 1 交换：

        // Vec3d N = triangleNormal(pos0, pos1, pos2);
        Vec3d N = triangleNormal(pos1, pos0, pos2); // swap pos0 with pos1

最终渲染图是全暗区，没有任何亮区。

如何？

知道如何让我的最终渲染全亮而没有任何暗区吗？

Answer 1

看来你的网格没有一致的缠绕规则。因此，一些 triangles/faces 是按顶点的 CCW 顺序定义的 CW 其他，导致您的某些法线朝向相反的方向。您可以采取一些措施来补救：

使用双面法线光照

这是最简单的...片段中的某处或您计算阴影的任何地方，如下所示：
```
out_color = face_color*(ambient_light+diffuse_light*max(0.0,dot(face_normal,light_direction)));
```
当法线方向错误时，dot 的结果为负，导致颜色变深，因此只需使用 abs 值代替：
```
out_color = face_color*(ambient_light+diffuse_light*abs(dot(face_normal,light_direction)));
```
在固定功能管道中甚至有此 IIRC 的开关：
```
glLightModeli(GL_LIGHT_MODEL_TWO_SIDE, GL_TRUE);
```
修复网眼缠绕

必须有 3D 工具来执行此操作（Blender、3DS 等），或者如果您的网格是动态生成的，您可以更新代码以自行创建一致的缠绕。

正确的缠绕使您能够使用 GL_CULL_FACE 来显着加快渲染速度。它还支持更高级的功能，例如：
修复法线

在某些情况下，有一些方法可以检测法线是向外还是向内指向网格，例如：
所以只要在计算法线的过程中否定错误的就可以了。但是，如果您的网格太复杂（离凸面太远），这不是那么容易完成，因为您需要使用网格的局部“中心”，甚至是昂贵的内部多边形测试。

生成法线的平均方法为您提供法线两个方向的深色，这意味着您错误地计算了它们并且它们很可能为零。有关此类方法的更多信息，请参阅：

How to achieve smooth tangent space normals?

无论如何调试这样的问题最好将法线渲染为从网格顶点出发的线（使用线框）。然后你会直接看到什么法线是好的和坏的。这里的例子：

网格颜色混乱可能是由于错误的顶点法线计算

Mesh color is messed up probably due to bad vertex normal computation

opengl

3d

graphics

geometry

mesh

方法一

方法一反转法线

方法二

方法二反转法线

如何？