时间戳

首页 > 解决方案 > 网格颜色混乱可能是由于顶点法线计算错误

opengl - 网格颜色混乱可能是由于顶点法线计算错误

问题描述

我有顶点位置和索引，我想要顶点法线：

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

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

方法一

我这样计算正常：

    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 材质渲染输出网格，如下所示：

最终渲染的明暗区域

方法 1 反向法线

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：

交换暗区和亮区

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

我通过这种方法计算法线：

    // 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
        // https://stackoverflow.com/a/21930058/3405291
        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]++;

    }

    // https://stackoverflow.com/a/21930058/3405291
    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 材质生成完全黑暗的最终渲染：

完全黑暗

我还尝试了这里和那里建议的方法，这些方法类似于方法 2。它们都导致最终渲染看起来像方法 2 的渲染，即所有黑暗区域都没有任何亮区。

方法 2 反向法线

我使用了方法2，但最后，我通过以下方式反转了正常方向：

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

令我惊讶的是，最终的渲染都是黑暗的：

仍然黑暗，尽管颠倒了正常

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

最终渲染是没有任何亮区的所有暗区。

如何？

知道如何让我的最终渲染变得全亮而没有任何黑暗区域吗？

标签： openglgraphics3dgeometrymesh

解决方案

看起来您的网格没有一致的缠绕规则。因此，一些三角形/面被定义为顺时针方向，而另一些则以逆时针方向的顶点顺序定义，导致一些法线朝向相反的方向。您可以采取一些措施来补救：

  1. 使用双面法线照明

    这是最简单的......在片段中的某处或您正在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，结果dot为负数，导致颜色变深，因此只需使用absvalue 代替：

    out_color = face_color*(ambient_light+diffuse_light*abs(dot(face_normal,light_direction)));

    在固定功能管道中，甚至有这个 IIRC 的开关：

    glLightModeli(GL_LIGHT_MODEL_TWO_SIDE, GL_TRUE);

  2. 修复网状缠绕

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

    正确的缠绕使您可以使用GL_CULL_FACE它来大大加快渲染速度。它还支持更高级的东西，例如：

  3. 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：

    因此，只需在计算正常的过程中否定错误的，就是这样。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的，因为您需要使用网格的局部“中心”甚至是昂贵的多边形内部测试。

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。有关这种方法的更多信息，请参见：

无论如何，要调试这样的问题，最好将法线渲染为从网格顶点开始的线（使用线框）。然后你会直接看到法线的好坏。这里的例子：

法线

推荐阅读