Note：《光與硅的藝術(shù)》寫作于2015年，發(fā)表于2017年，書中部分內(nèi)容可能與當(dāng)前軟硬件實(shí)際狀況有出入，請注意區(qū)分。

Normal（法線）是指垂直于物體表面的一條線。在三維軟件中，通常使用法線來描述多邊形的曲面走向。本節(jié)將學(xué)習(xí)常見的法線問題和排除方法，嘗試使用Geometry Editor（幾何編輯器）處理常見法線錯誤。

TIPS?嚴(yán)格來說，法線是Vector（向量），而非線。不過，對于普通用戶來說，完全沒有必要進(jìn)行嚴(yán)格的區(qū)分。事實(shí)上，對于普通用戶而言，根本沒有必要深究法線的含義。你只需要知道，當(dāng)法線出現(xiàn)錯誤以后，應(yīng)該如何進(jìn)行修正即可。

5.5.1 法線問題

在VRED中，法線分為兩種，分別是Face Normal（面法線）和Vertex Normal（頂點(diǎn)法線），它們被用來描述一個曲面的“正面方向”與“平滑弧度”。如果法線出現(xiàn)問題，對象的曲面就會出現(xiàn)一些奇怪的特征。

圖5-41所示是法線正確的實(shí)時(shí)預(yù)覽效果，圖5-42所示是法線錯誤的實(shí)時(shí)預(yù)覽結(jié)果。對比效果正確的圖像，觀察圖5-42中的標(biāo)注部分：它們的亮度和受光方向都出現(xiàn)了問題，如引擎蓋的顏色出奇的暗，同時(shí)在A區(qū)域中，本應(yīng)屬于陰影部分的車門向下轉(zhuǎn)折結(jié)構(gòu)被照亮了，而它上方的受光面卻反而變成了暗部。

查看圖5-43，Vertex/Face Normal Rendering（法線診斷模式）揭示了問題的成因——法線錯誤。注意剛才有問題的部分，在這里它們被顯示為藍(lán)色。

TIPS?Vertex/Face Normal Rendering（法線診斷模式）的相關(guān)知識將在下文中進(jìn)行講解。

法線錯誤會有各種各樣的奇特表征，常見的法線錯誤主要是法線方向錯誤，即法線沒有正確地朝向“外面”。圖5-44和圖5-45所示的分別是法線正常的實(shí)時(shí)預(yù)覽模式和法線正常的法線診斷模式。在法線診斷模式下，綠色代表法線“朝外”。

法線診斷模式可以顯示出幾何體的法線狀態(tài)，如圖5-46所示。注意車身上的藍(lán)色、紫色和金色標(biāo)注，它們表示這些位置的法線存在問題。已知綠色代表正常的“朝外”，那么藍(lán)色、紫色、金色就都表示錯誤的法線“朝內(nèi)”問題。

法線顏色含義說明

? 綠色：正確，面法線和頂點(diǎn)法線都朝外，無需處理。

? 藍(lán)色：錯誤，面法線和頂點(diǎn)法線都朝內(nèi)，應(yīng)同時(shí)反轉(zhuǎn)二者。

? 紫色：錯誤，頂點(diǎn)法線朝內(nèi)，面法線正確，需反轉(zhuǎn)頂點(diǎn)法線。

? 金色：錯誤，面法線朝內(nèi)，頂點(diǎn)法線正確，需反轉(zhuǎn)面法線。

TIPS?你無需準(zhǔn)確記住每個顏色的含義，只要知道車體對象都應(yīng)當(dāng)是綠色即可。

法線沒有正確地朝向“外面”會對實(shí)時(shí)預(yù)覽模式的顯示質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，剛才已經(jīng)查看過相關(guān)效果。

對于光線追蹤而言，這種錯誤的影響幾乎可以忽略。所以，如果只需要渲染光線追蹤結(jié)果，也可以無視此類法線錯誤，以節(jié)約幾何體修正的時(shí)間。圖5-47所示是法線錯誤的實(shí)時(shí)預(yù)覽模式截圖，注意引擎蓋的奇怪顏色；圖5-48所示是同一個場景的光線追蹤渲染結(jié)果，可以看到，引擎蓋的問題消失了。

5.5.2 Vertex/Face Normal Rendering（法線診斷模式）

Vertex/Face Normal Rendering（法線診斷模式，也叫頂點(diǎn)/面 法線模式）是一種輔助顯示模式，在上文中已有所涉獵。這種顯示模式能夠幫助我們快速查找出法線問題。

執(zhí)行Visualization（可視化）>Vertex/Face Normal Rendering（法線診斷模式）菜單命令，即可打開法線診斷模式，如圖5-49所示。法線正確的顯示效果如圖5-50所示。

5.5.3 Geometry Editor（幾何編輯器）

要修正法線問題，需要使用Geometry Editor（幾何編輯器），其Normal Calculations（法線計(jì)算）功能專門用于解決上述問題。

Geometry Editor（幾何編輯器）是專門用來修改幾何體參數(shù)的模塊，其主要用途是調(diào)整對象法線和細(xì)分工業(yè)曲面。在日常工作中，這個模塊的使用頻率較低，所以，只介紹較為關(guān)鍵的法線修改部分，讓你有能力應(yīng)對上述常見錯誤。

Geometry Editor（幾何編輯器）沒有主面板快捷方式，需要執(zhí)行Scene（場景）>Geometry Editor（幾何編輯器）菜單命令來打開這個模塊，如圖5-51所示。Geometry Editor（幾何編輯器）面板如圖5-52所示。

Geometry Editor（幾何編輯器）Normal Calculations（法線計(jì)算）功能說明

? Crease Angle（折痕角度）：?即“平滑角度”。當(dāng)使用Calculate Normals（計(jì)算法線）按鈕，令系統(tǒng)重新計(jì)算曲面法線時(shí)，本角度決定轉(zhuǎn)折結(jié)構(gòu)的“軟硬”程度。越低的數(shù)值表示越硬的轉(zhuǎn)角，其作用和3ds Max中Smooth（平滑修改器）的Threshold（閾值）參數(shù)相同，如圖5-53所示。

Calculate Normals（計(jì)算法線）：根據(jù)Crease Angle（折痕角度）參數(shù)為選中對象重新計(jì)算法線。通常不建議使用這個按鈕，因?yàn)樗苋菀灼茐能嚿肀砻娴脑记省?/p>

? Length：Normalize Normals（長度：規(guī)格化法線）：統(tǒng)一法線向量的長度。

? Normal Consistency：Make Consistent（法線一致化：使一致）：在其他軟件中，這個功能可能會被叫作“統(tǒng)一法線”。其作用是，當(dāng)一個對象的法線有些反、有些正時(shí)，修改法線，使它們保持統(tǒng)一的朝向。但是，實(shí)際上它并不是太有效。

? FlipNormals（反轉(zhuǎn)法線）：以不同的方式反轉(zhuǎn)對象的法線，其后面這3個按鈕是修正法線錯誤的主要按鈕。

Face/Surface（面或曲面）：反轉(zhuǎn)選定對象的面法線，修正金色錯誤。

Vertex（頂點(diǎn)）：反轉(zhuǎn)選定對象的頂點(diǎn)法線，修正紫色錯誤。

Face and Vertex（面與頂點(diǎn)）：?同時(shí)反轉(zhuǎn)選定對象的面法線和頂點(diǎn)法線，修正藍(lán)色錯誤。

5.5.4 經(jīng)驗(yàn)與建議

下面將提供一些經(jīng)驗(yàn)性的建議，它們主要針對使用多邊形模型的用戶，工業(yè)數(shù)據(jù)用戶僅作為了解即可。

第1點(diǎn)：?雖然VRED具備法線修改功能，但仍然要養(yǎng)成事先處理好模型的習(xí)慣。因?yàn)橛肰RED處理模型問題顯然不如在3ds Max或者M(jìn)aya中方便。

第2點(diǎn)：如果模型沒有明顯的、不可挽回的曲面錯誤，盡量少用Calculate Normals（計(jì)算法線）按鈕，因?yàn)樗苋菀自斐深A(yù)期之外的曲面平滑結(jié)果。

第3點(diǎn)：一切法線問題以最終渲染結(jié)果為準(zhǔn)。如果僅用VRED進(jìn)行渲染，而不是做實(shí)時(shí)演示，那么只要光線追蹤計(jì)算結(jié)果無誤，即可不修改法線錯誤，這樣可以節(jié)約時(shí)間和精力。

第4點(diǎn)：無需背下每種法線錯誤的顏色、成因及修復(fù)按鈕，只需記住如下思路即可。

① 在法線診斷模式下，需要車體對象呈現(xiàn)綠色。

② 對出現(xiàn)藍(lán)色錯誤的對象使用Face and Vertex（面與頂點(diǎn)）按鈕，它將被反轉(zhuǎn)為綠色。

③ 如果錯誤對象不顯示藍(lán)色，那么隨機(jī)嘗試Face/Surface（面或曲面）、Vertex（頂點(diǎn)）這兩個按鈕。

④ 如果嘗試結(jié)果正確，對象會變成綠色。

⑤ 如果嘗試結(jié)果不正確，對象會變成藍(lán)色。

⑥ 對藍(lán)色對象重新使用Face and Vertex（面與頂點(diǎn)）按鈕即可。