顶点法线的图形问题

Question

我已经在这里和其他页面中签出了几种计算顶点法线的解决方案。对于我自己的渲染3D地形的实现来说，最可行的通用解决方案是计算面部法线，这不是问题。然后遍历每个面，将其法线添加到组成它的顶点上，然后在完成后对其进行归一化。它似乎在大多数情况下都有效，但是我有一些奇怪的图形问题，主要是光线从明暗过渡到哪里，您可以分辨出人脸在哪里。在下图中，您可以在山顶的右下角附近看到它。

所以我想知道是什么导致这种奇怪的模式。这与我如何计算法线有关，但是我只是不知道问题出在哪里。任何帮助，将不胜感激。

计算法线的代码是...

// Calclulate surface normals
vec3 v1, v2, v3, vec1, vec2;
for(GLuint i = 0; i < terrain->NumFaces; i++) {
   v1 = terrain->Vertices[terrain->Faces[i].vert_indices[0]];
   v2 = terrain->Vertices[terrain->Faces[i].vert_indices[1]];
   vec1 = vector(&v2, &v1);

   v3 = terrain->Vertices[terrain->Faces[i].vert_indices[2]];
   vec2 = vector(&v3, &v1);

   terrain->Faces[i].surface_normal = crossProduct(&vec1, &vec2);

   normalize(&terrain->Faces[i].surface_normal);
}


// Calculate vertex normals...
// Add all the surface normals to their attached vertex normals
for(GLuint currentFace = 0; currentFace < terrain->NumFaces; currentFace++) {
   vec3 *f = &terrain->Faces[currentFace].surface_normal;
   for(GLuint faceVertex = 0; faceVertex < 3; faceVertex++) {
      vec3 *n = &terrain->Normals[terrain->Faces[currentFace].vert_indices[faceVertex]];
      *n = vec3Add(n, f); // adds vector f to n
   }
}

// Go over all vertices and normalize them
for(GLuint currentVertice = 0; currentVertice < terrain->NumVertices; currentVertice++)
   normalize(&terrain->Normals[currentVertice]);

我在上面的代码中使用的其他实用程序功能是...

// Returns the vector between two vertices
vec3 vector(const vec3 *vp1, const vec3 *vp2)
{
    vec3 ret;
   ret.x = vp1->x - vp2->x;
   ret.y = vp1->y - vp2->y;
   ret.z = vp1->z - vp2->z;
    return ret;
}


// Returns the normal of two vectors
vec3 crossProduct(const vec3 *v1, const vec3 *v2)
{
   vec3 normal;
   normal.x = v1->y * v2->z - v1->z * v2->y;
   normal.y = v1->z * v2->x - v1->x * v2->z;
   normal.z = v1->x * v2->y - v1->y * v2->x;

   return normal;
}


// Returns the length of a vector
float vec3Length(vec3 *v1) {
   return sqrt(v1->x * v1->x + v1->y * v1->y + v1->z * v1->z);
}


// Normalizes a vector
void normalize(vec3 *v1)
{
   float len = vec3Length(v1);
   if(len < EPSILON) return;
   float inv = 1.0f / len;
   v1->x *= inv;
   v1->y *= inv;
   v1->z *= inv;
}


// Adds vector v2 to v1
vec3 vec3Add(vec3 *v1, vec3 *v2)
{
   vec3 v;

   v.x = v1->x + v2->x;
   v.y = v1->y + v2->y;
   v.z = v1->z + v2->z;

   return v;
}

Answer 1

使用面部法线的平均值来计算顶点法线的一个问题是所计算的法线可能存在偏差。例如，假设有一个向北/向南延伸的山脊。脊峰上的一个顶点在东侧具有三个多边形，在西侧具有两个多边形。顶点法线将与东方成一定角度。当照明来自西方时，这会导致该点的照明更暗。

可能的改进是对每个面的法线施加权重，该权重与该面的角在该顶点处所成的角度成比例，但这并不能消除所有偏差。

Answer 2

在尝试了不同的解决方案之后，我发现本文中我自己的普通一代实际上工作得非常好，这几乎是即时的，而不是问题。问题似乎出在地形上使用大纹理。我将用于地形的纹理更改为平铺的纹理，该纹理不会被拉伸那么多，并且图形问题似乎已经消失。当我发布的普通一代人工作得很好时，其他解决方案都非常缓慢，这让我感到宽慰。这就是我最后得到的，并且您可以看到，没有图形问题。另外，它的细节更好，看起来更好。我想发布我发现的内容，以防其他人看到相同的问题。