计算法线向量：3D图形中的关键元素

7.2节主要讨论的是计算机图形学中的法线向量，这是一种关键的概念在3D渲染中用于表示多边形表面的方向。法线向量，包括平面法线和平面法线（face normal）以及表面法线（surface normal），都是单位向量，它们与多边形或表面的点垂直，有助于确定光照和纹理贴图的方向。 平面法线是多边形面向的指向，它与多边形上的所有点都相互垂直，如图7.4a所示，这对于计算光照和阴影效果至关重要。在光照计算过程中，每个三角形网格表面的每个点都需要一个表面法线，这通常是通过为每个顶点指定顶点法线并在光栅化阶段进行线性插值实现的，确保每个点都得到一个与正切平面垂直的法线。 图7.5展示了如何通过线性插值计算线段和三角形的法线，例如，对于顶点p0、p1和对应的法线n0、n1，法线n会在p点处根据两点之间的比例进行插值。逐像素光照（Phong shading）是一种细致的光照计算方法，它在每个像素上独立计算法线，而逐顶点光照则简化过程，只在顶点着色器中进行计算，然后在像素着色器中进行插值。 计算法线向量是7.2.1的重点，对于一个三角形Δp0p1p2，首先计算两个边向量u = p1 - p0 和 v = p2 - p0，然后通过交叉相乘和归一化操作得出平面法线。这个过程可以通过`ComputeNormal`函数实现，它接受三个顶点作为输入，输出对应三角形的法线。 理解法线向量对于实现逼真的3D渲染至关重要，它们不仅影响物体的外观，还在光线交互、阴影处理和材质效果中扮演重要角色。掌握计算和应用法线向量的方法，对于提升3D图形的质量和性能具有实际意义。