在 GLKit/OpenGL-ES 中自动计算法线

Question

我正在基于 Apple 的示例代码在 OpenGL-ES 中制作一些相当基本的形状。他们使用了一个点数组，第一个数组中有一个索引数组，每组三个索引创建一个多边形。太好了，我可以做出我想要的形状。为了正确地对形状进行着色，我相信我需要计算每个多边形上每个顶点的法线。起初，形状是立方体，所以非常容易，但现在我正在制作（稍微）更高级的形状，我想自动创建这些法线。如果我获取多边形两条边的向量（这里所有多边形都是三角形）并对该多边形上的每个顶点使用它们的叉积，这似乎很容易。之后，我使用如下代码来绘制形状。

glEnableVertexAttribArray(GLKVertexAttribPosition);
glVertexAttribPointer(GLKVertexAttribPosition, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 0, triangleVertices);

glEnableVertexAttribArray(GLKVertexAttribColor);
glVertexAttribPointer(GLKVertexAttribColor, 4, GL_FLOAT, GL_FALSE, 0, triangleColours);

glEnableVertexAttribArray(GLKVertexAttribNormal);
glVertexAttribPointer(GLKVertexAttribNormal, 3, GL_FLOAT, GL_FALSE, 0, triangleNormals);

glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 48);

glDisableVertexAttribArray(GLKVertexAttribPosition);
glDisableVertexAttribArray(GLKVertexAttribColor);
glDisableVertexAttribArray(GLKVertexAttribNormal);

我无法理解的是为什么我必须手动执行此操作。我确信在某些情况下，您需要的不仅仅是垂直于表面的向量，但我也确信这是迄今为止最流行的用例，所以难道不应该有更简单的方法吗？我错过了一些明显的事情吗？ glCalculateNormals() 会很棒。

//这是一个答案 传入一个 GLKVector3[]，您希望用法线填充，另一个用顶点填充（每三个都分组为多边形），然后是顶点数。

- (void) calculateSurfaceNormals: (GLKVector3 *) normals forVertices: (GLKVector3 *)incomingVertices count:(int) numOfVertices
{

    for(int i = 0; i < numOfVertices; i+=3)
    {
        GLKVector3 vector1 = GLKVector3Subtract(incomingVertices[i+1],incomingVertices[i]);
        GLKVector3 vector2 = GLKVector3Subtract(incomingVertices[i+2],incomingVertices[i]);        
        GLKVector3 normal = GLKVector3Normalize(GLKVector3CrossProduct(vector1, vector2));
        normals[i] = normal;
        normals[i+1] = normal;
        normals[i+2] = normal;
    }
}

Answer 1

答案是：OpenGL 既不是场景管理库，也不是几何库，而只是一个绘图 API，可以在屏幕上绘制漂亮的图片。对于照明，它需要法线，并且您给它法线。就这样。如果这只能由用户完成并且与实际绘图无关，为什么要计算法线呢？

通常您不会在运行时计算它们，而是从文件加载它们。计算法线的方法有很多种。您想要每个面法线还是每个顶点法线？您需要任何特定的硬边或任何特定的平滑补丁吗？如果你想平均面法线以获得顶点法线，你想如何平均这些？

随着着色器的出现以及较新 OpenGL 版本中内置法线属性和光照计算的删除，整个问题无论如何都变得过时了，因为您可以以任何您想要的方式进行光照，并且不再需要传统的法线。

顺便说一句，听起来现在您正在使用每个面的法线，这意味着面的每个顶点都具有相同的法线。这会创建一个具有硬边缘的非常多面的模型，并且与索引一起也不能很好地工作。如果您想要一个平滑的模型（我不知道，也许您真的想要一个多面的外观），您应该对每个顶点的相邻面的面法线进行平均，以计算每个顶点的法线。这实际上是更常见的用例，而不是每张脸的法线。

因此，您可以执行类似伪代码的操作：

for each vertex normal:
    intialize to zero vector

for each face:
    compute face normal using cross product
    add face normal to each vertex normal of this face

for each vertex normal:
    normalize

生成平滑的每顶点法线。即使在实际代码中，这也应该会产生 10 到 20 行代码，这并不是很复杂。