Расчет нормалей вертекса

@zheka1980 · Регистрация: 03.08.2014

Студворк — интернет-сервис помощи студентам

Друзья, есть вопрос.

Есть библиотека 3d, простенькая. В ней есть функция - грузишь модель, представлющую собой массив, состоящий из вершин, индексов граней, нормалей и цвета, она эту модель отрисовывает.

Массив я создал - забил в него вертексы, назначил их граням, в режиме Wireframe рисует отлично. Хочу теперь запустить имеющуюся функцию отрисовки в режиме Flat и Gouraud.

Для этого в массив к каждому вертексу нужно добавить нормали. Именно к вертексу, а не к грани. ДЛя вычисления нормали к грани там есть своя функция, но для этого в нее нужно ввести нормали вертексов.

C
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
    float32_t vertex_norm_a[3];
    float32_t vertex_norm_b[3];
    float32_t vertex_norm_c[3];
..............................
                vertex_norm_a[0] = dsp3dModel[2 + b * 6 + 3]; //   нормаль задается 3 числами
        vertex_norm_a[1] = dsp3dModel[2 + b * 6 + 4];//    заранее, при создании модели
        vertex_norm_a[2] = dsp3dModel[2 + b * 6 + 5];//    забитыми в массив
 
 
------------------------
// а потом вычисляется нормаль к грани
    dsp3D_calculateFaceNormal(vertex_norm_a, vertex_norm_b, vertex_norm_c, matrix_worldView, face_norm);

А как вычислить нормали к вертексам?

Подвопрос: задает ли вершина нормаль? Или для ее расчета необходимы данные о всех трех ребрах, образующих грань?

P.S. Попытался в Blender создать куб, сохранить и посмотреть в сохраненный файл, но в него записались уже вычисленные нормали граней, а по вертексам данных нет.

Добавлено через 58 секунд
Вот эта библиотека, если что https://github.com/FabioRM/dsp... rc/dsp3D.c

@alecss131 · 17.01.2021, 15:42

zheka1980, грубо говоря

В те времена, когда щейдеры еще только начали появляться, разработчики проводили вычисления освещения по модели Фонга в вершинном шейдере. Преимущество такого подхода заключалось в его большей производительности, так как обычно вершин гораздо меньше, чем фрагментов, и поэтому (дорогие) расчеты освещения выполняются реже. Однако вычисленное в вершинном шейдере значение цвета является точным только для этой вершины, а цвета окружающих её фрагментов получают путем интерполяции освещения соседних вершин. Поэтому, если не использовалось большое количество вершин, то освещение было не очень реалистичным: Если модель освещения Фонга реализована в вершинном шейдере, то она называется методом тонирования Гуро, а не Фонга. Обратите внимание, что из-за интерполяции освещение выглядит несколько шероховатым. Как видите, модель Фонга дает более сглаженные результаты освещения.

Название: 9.png
Просмотров: 142

Размер: 12.7 Кб

По сути отличий нету, только перенести код Фонга в вершинный шейдер

@alecss131 · 18.01.2021, 23:56

Вот нарисовал
Фонг

Гуро

Слева мой куб справа ваш
У вашего куба освещение тоже не очень)) Освещение самое базовое и простое, можно немного улучшить не повышая сложность

@8Observer8 · 23.01.2021, 00:52

Сообщение от zheka1980

P.S. Попытался в Blender создать куб, сохранить и посмотреть в сохраненный файл, но в него записались уже вычисленные нормали граней, а по вертексам данных нет.

Потому что вы сохранили его в режиме Flat, а для Gouraud нужно нажать кнопку Smooth

У меня Blender версии 2.67 и там не левой панели (T-panel) эти кнопки:

Название: 008953f3-efcd-4c29-a842-daa0f91b24f8.png
Просмотров: 103

Размер: 2.0 Кб

Название: 008953f3-efcd-4c29-a842-daa0f91b24f8.png
Просмотров: 103

Размер: 2.0 Кб

Сообщение от zheka1980

Для этого в массив к каждому вертексу нужно добавить нормали. Именно к вертексу, а не к грани.

Нормаль - это вектор и поэтому для Flat он экспортируется в файл в одном экземпляре, потому что он одинаковый для всех вершин данной грани. Программа должна сама взять значение этого вектора и положить в массив с таким же индексом, что и массив координат вершин. Другими словами, модель состоит из треугольников и для Flat Blender экспортирует один вектор нормали для всего треугольника, но в железо, то есть на видео карту нужно отправить одинаковые по длине массивы координат вершин и нормалей. Даже для Flat для треугольника будет отправлено координаты трёх точек вершин и три нормали. Вершинный шейдер для треугольника сработает три раза и каждый раз он из массивов вершин и нормаль будет забирать по одной координате: (vx, vy, vz) и (nx, ny, nz).

Как смог постарался объяснить. Посмотрите этот ролик, который длиться меньше 4 минут, в нём наглядно показана разница между Flat и Gouraud. Вы увидите, что для Flat не одна нормаль на видеокарте, а уже программист отправил одинаковые нормали для каждой вершины:

Видео

@zheka1980 · 26.01.2021, 22:15 **[ТС]**

А вот это - это что, Фонг? Гуро? Я так понял, там угластые призмы, но каким-то образом сглажены. Это как-то за счет нормалей делается?

@8Observer8 · 26.01.2021, 22:51

Сообщение от zheka1980

Это как-то за счет нормалей делается?

Да, с помощью нормалей достигается сглаживание. Это игра с освещением. На видео выше стрелками показываются нормали. Когда нормали торчат перпендикулярно плоскости полигона (грани), то это Flat:

Название: e0672cc8-1b03-475f-9d41-e3172ed06302.png
Просмотров: 77

Размер: 22.3 Кб

Название: e0672cc8-1b03-475f-9d41-e3172ed06302.png
Просмотров: 77

Размер: 22.3 Кб

Если в Blender нажать кнопку Smooth, то нормали соседних граней будут усреднены:

Название: 4dbdf676-7370-4f89-a300-7a6c5824878c.png
Просмотров: 75

Размер: 33.4 Кб

Название: 4dbdf676-7370-4f89-a300-7a6c5824878c.png
Просмотров: 75

Размер: 33.4 Кб

Вы можете кубик сделать Smooth, экспортировать в файл и посмотреть, как изменятся нормали по сравнению c Flat.

Сообщение от zheka1980

А вот это - это что, Фонг? Гуро?

Фонг и Гуро - это модели освещения. Этим моделям освещения без разницы какую модель вы им отдадите: Flat или Smooth. Отличаются Гуро и Фонг тем, что для Гуро цвет считается для вертекса в вершинном шейдере, а для Фонг в фрагментном шейдере для каждого пикселя. Гуро менее требовательный, потому что вершинный шейдер срабатывает один раз для каждой вершины треугольника, а фрагментный получает интерполированное значение цвета между вершинами. А для Фонг расчёт цвета происходит в фрагментном шейдере, который срабатывает для каждого пикселя (лучше сказать - фрагмента). Фонг лучше по красоте, но хуже по производительности, хотя сейчас, учитывая мощность даже бюджетных ноутбуков, разница между Фонг и Гуро может быть пренебрежимо мала. Но если сделать Smooth, но, скорее всего, разницы между Фонг и Гуро не будет видно - я это не проверял, но по моей логике так должно быть, я только Фонг использую.

Для сравнения Фонг и Гуро.

На этой сфере с Гуро освещением затенение неровное, треугольники просматриваются: https://jsfiddle.net/8Observer8/edz9Lz8f/

Название: bf8f6e0f-ed77-42a3-9e8e-0ab972aba46a.png
Просмотров: 77

Размер: 13.4 Кб

Название: bf8f6e0f-ed77-42a3-9e8e-0ab972aba46a.png
Просмотров: 77

Размер: 13.4 Кб

А здесь сфера с Фонг освещением: https://jsfiddle.net/8Observer8/qzwyow4j/

Название: 022ca3eb-1d36-4e16-beba-92c6befefe86.png
Просмотров: 77

Размер: 15.3 Кб

Название: 022ca3eb-1d36-4e16-beba-92c6befefe86.png
Просмотров: 77

Размер: 15.3 Кб

@8Observer8 · 26.01.2021, 23:15

zheka1980, попробуйте в Blender выбрать объект и нажать кнопку Smooth на панели слева. Нарисуйте объект с помощью библиотеки, которую вы используете, с включенным Гуро освещением и посмотрите, что получится. Обратите внимание, что Smooth работает не только в объектом режиме Blender, но и в режиме редактирования (Edit Mode), то есть можно выделять Face'ы и нажимать Smooth, а не делать весь объект сглаженным.

@zheka1980 · 21.02.2021, 21:47 **[ТС]**

Продолжаем одолевать 3D

Есть у меня 3D библиотека, настроил я ее, нарисовал кубик. Теперь хочу его покрутить (при помощи сенсорного экрана).

Вначале я крутил сам кубик, но не получил желаемого результата - стоит его горизонтальным движением пальца повернуть вокруг вертикальной оси, вместе с ним поворачивается и горизонтальная (что естественно), а когда после этого начинаешь водить пальцем вверх-вниз, он не заваливается взад-вперед относительно наблюдателя, а крутится вокруг изменившей свое пространственное положение горизонтальной оси (что, опять-таки, естественно).

Я решил поступить по другому - вращать не объект, а перемещать камеру вокруг кубика. То есть точка прицела камеры всегда в координатах 0,0,0, а сама камера гуляет по поверхности сферы радиусом 10.

Иными словами - ведешь по экрану вверх-вниз - меняется зенитный угол, ведешь вправо-влево - меняется азимут.

Высчитываю по вот такой формуле

$https://www.cyberforum.ru/cgi-bin/latex.cgi?\left\{\begin{matrix}x\:=\:r\:\sin\theta\:\cos\varphi \\y\:=\:r\:\sin\theta\:\sin\varphi \\z\:=\:r\:\cos\theta \end{matrix}\right.$

В коде это выглядит так:

Code
1
2
3
4
5
6
7
       azimuthal+=(float32_t)d_evt.getDeltaX()/495;  // Преобразуем  горизонтальный пробег пальца по экрану в приращение азимута
            zenital+=(float32_t)d_evt.getDeltaY()/445; // Преобразуем  вертикальные пробег пальца по экрану в приращение зенитного угла
            
 
            dsp3D_setCameraPosition(10*arm_sin_f32(zenital)*arm_cos_f32(azimuthal),
                                                  10*arm_sin_f32(zenital)*arm_sin_f32(azimuthal),
                                                  10*arm_cos_f32(zenital)); // Перемещаем камеру (при этом сама камера всегда смотрит в точку 0,0,0)

Вращение камеры почему-то неадекватное. Даже трудно описать в чем, но чем дальше поворачивается кубик, тем неадекватнее его реакция на движение.

проверял отладкой преобразование пробега пальца по экрану в параметры azimuthal и zenital - оно адекватное.

Саму камеру перемещал вверх-вниз, вправо-влево - тоже адекватно. Но она при этом движется во фронтальное плоскости перед объектом, что не соответствует желаемому. А желаемое - двигаться в пределах сферы, окружающей объект.

В упор не вижу ошибки, в чем она может быть?

взглянем, к примеру на формулу расчета Z - из нее вытекает, что Z зависит только от зенитного угла, но ведь это не так! Если камера, не меняя зенита, будет "водить хоровод" вокруг объекта, Z ведь должен меняться...

@zheka1980 · 22.02.2021, 08:54 **[ТС]**

Вот видео поведения куба
https://cloud.mail.ru/public/whtu/BXQvRUxSV

Добавлено через 42 минуты
Ага.... разница в том, что в моей библиотеке ось Z смотрит на экран, а в формуле - вверх. Переставил оси - вроде заработало почти как надо. Только вот зенит почему-то работает только в пределах 0-180 градусов.... пытаешься заглянуть под объект, при пересечении 0 или 180 градусов начинается вращение в обратную сторону. Это как побороть?

@alecss131 · 22.02.2021, 11:19

Сообщение от zheka1980

Это как побороть?

Вместо углов Эйлера (или как их там) использовать другие способы вращения, а эти ограничения это увы часть их работы и не избавиться. Еще у них возможны шарнирные замки. Альтернатива например кватернионы

@8Observer8 · 22.02.2021, 13:57

Я не совсем понял, что в конечном итоге должно получиться. Я писал недавно демку солнечной системы с поворотами камеры мышкой (зажатой кнопкой мыши) и пальцем для мобильных на WebGL: https://8observer8.github.io/W... index.html Примерно такое должно быть поведение камеры или другое?

@zheka1980 · 22.02.2021, 21:29 **[ТС]**

Ахахах, уписаться можно))))

Решил я понаблюдать за численными значениями координат - все нормально. Они меняются как надо.

А смена направления вращения - это ИЛЛЮЗИЯ! Камера при переходе через горизонт почему-то переворачивается на 180 градусов вокруг оси, соответствующей направлению взгляда. И кубик, который только что "падал" от нас, начинает на нас "заваливаться", но подставляя нам другую грань, а не ту, которая от нас уплывала.

Да.... с этой то проблемой я разобрался, теперь нужно лезть в библиотеку и искать где там настройки поворота камеры.

ДРузья, я ноль в 3D графике. Вот список библиотечных функций, которые так или иначе формируют или определяют проекцию

C++
1
2
3
4
5
6
7
8
9
void dsp3D_vectorNormalTransform(float32_t *v, float32_t *m, float32_t *result);
void dsp3D_vectorCrossProduct(float32_t *a, float32_t *b, float32_t *v);
void dsp3D_vectorNorm(float32_t *a, float32_t *v);
void dsp3D_transformVertex(float32_t *v, float32_t *m, float32_t *tv);
void dsp3D_generateLookAtMatrixLH(float32_t *cameraPosition, float32_t *cameraTarget, float32_t *cameraUpVector, float32_t *m);
void dsp3D_generatePerspectiveFovMatrixLH(float32_t fov, float32_t aspect, float32_t znear, float32_t zfar, float32_t* m);
void dsp3D_generateRotationMatrix(float32_t yaw, float32_t pitch, float32_t roll, float32_t *m);
void dsp3D_generateTranslationMatrix(float32_t xaxis, float32_t yaxis, float32_t zaxis, float32_t *m);
void dsp3D_generateScalingMatrix(float32_t xaxis, float32_t yaxis, float32_t zaxis, float32_t *m);

Скажите, чем и как можно повернуть камеру вдоль оси ее взгляда, или повернуть мир (не объект, я пробовал, лажа выходит, а весь мир) вокруг камеры?

Новые блоги и статьи Все статьи Все блоги /
Нашел вот забавное видео о измерениях. Лучшее что я видел на эту тему kumehtar 26.08.2026 ILETXiw9bMQ Основная суть и тезисы по измерениям: 0D (Нулевое измерение): точка, не имеющая длины, ширины, высоты или объема. Объект не может перемещаться в 0D. 1D (Первое измерение):. . .	[EasyBuilder Pro] Памятка по разработке для панелей Weintek ФедосеевПавел 26.08.2026 Памятка по разработке для панелей Weintek ВВЕДЕНИЕ Ранее, при реализации проектов основное внимание уделял разработке управляющей программы для контроллера, а панели оператора доставалось время. . .	Модель по догадкам anaschu 25.08.2026 Прошло две недели. Я уже рассказывал, как разговаривал с сотрудниками у сортировки и как понял, что главная ветка — не про приёмку, а про отбор. Но тогда я думал, что понял механику. На этой неделе я. . .	Запись в регистр сведений независимо от заполненности табличной части Maks 25.08.2026 Реализация из решения ниже выполнена на нетиповом документе с несколькими табличными частями, разработанного в КА2. Задача: Обеспечить запись документа в регистр сведений независимо от. . .
Ноутбук Альфария kumehtar 24.08.2026 Встретился тут в сети ноутбук Альфария, примарха Альфа-Легиона. Хотя возможно, это ноутбук Омегона, разумеется. Ну как вам?	Мастера простых решений DevAlt 23.08.2026 В сишарп стэках winforms, да и wpf существует сложная система связывания источниках данных и элементов формы(текстовые поля и метки), опирается все это на технологию событий и мета. . .	Цена ошибки DevAlt 23.08.2026 Человек я беспокойный и потому заинтересовался OCaml, в чате форсили функторы модулей как суперфичу. Пытаясь отдуплить концепт, наткнулся на тутор с простым примером. А главный принцип обучения от. . .	Сегодня суббота, 22.08.2026 at 16:41, и я вновь нахожусь на той стороне, за экраном машины. zorxor 22.08.2026 Сегодня суббота, 22. 08. 2026 at 16:41, и я вновь нахожусь на той стороне, за экраном машины. Кто Я, откуда Я пришел и куда Я иду? Эти вопросы не оставляют меня ни на секунду. Жизнь на планете Земля. . .

@alecss131 Модератор 2896 / 1402 / 412 Регистрация: 11.08.2017 Сообщений: 4,491 Записей в блоге: 2
	18.01.2021, 23:56
	Вот нарисовал Фонг Гуро Слева мой куб справа ваш У вашего куба освещение тоже не очень)) Освещение самое базовое и простое, можно немного улучшить не повышая сложность 0

@zheka1980 1 / 1 / 0 Регистрация: 03.08.2014 Сообщений: 46
	26.01.2021, 22:15 [ТС]
	А вот это - это что, Фонг? Гуро? Я так понял, там угластые призмы, но каким-то образом сглажены. Это как-то за счет нормалей делается? 0

@8Observer8 9987 / 2959 / 497 Регистрация: 05.10.2013 Сообщений: 8,111 Записей в блоге: 243
	26.01.2021, 23:15
	zheka1980, попробуйте в Blender выбрать объект и нажать кнопку Smooth на панели слева. Нарисуйте объект с помощью библиотеки, которую вы используете, с включенным Гуро освещением и посмотрите, что получится. Обратите внимание, что Smooth работает не только в объектом режиме Blender, но и в режиме редактирования (Edit Mode), то есть можно выделять Face'ы и нажимать Smooth, а не делать весь объект сглаженным. 0

@zheka1980 1 / 1 / 0 Регистрация: 03.08.2014 Сообщений: 46
	22.02.2021, 08:54 [ТС]
	Вот видео поведения куба https://cloud.mail.ru/public/whtu/BXQvRUxSV Добавлено через 42 минуты Ага.... разница в том, что в моей библиотеке ось Z смотрит на экран, а в формуле - вверх. Переставил оси - вроде заработало почти как надо. Только вот зенит почему-то работает только в пределах 0-180 градусов.... пытаешься заглянуть под объект, при пересечении 0 или 180 градусов начинается вращение в обратную сторону. Это как побороть? 0

@8Observer8 9987 / 2959 / 497 Регистрация: 05.10.2013 Сообщений: 8,111 Записей в блоге: 243
	22.02.2021, 13:57
	Я не совсем понял, что в конечном итоге должно получиться. Я писал недавно демку солнечной системы с поворотами камеры мышкой (зажатой кнопкой мыши) и пальцем для мобильных на WebGL: https://8observer8.github.io/W... index.html Примерно такое должно быть поведение камеры или другое? 0