非均匀缩放表面后法线为什么不能照搬位置变换:机制演算第23例
表面法线要垂直于表面的两个切向方向。横纵深度缩放比例不同的时候,把法线直接按同样比例缩放,通常会破坏这个垂直关系。
给出两个不平行切向量a和b,它们的叉积为原法线。位置按三个正比例分别缩放时,切向量按相同比例变换;正确法线方向可把原法线的各分量分别除以相应比例,最后按需要再单位化。
本例的输入和输出
六组独立表面记录,u和v为切向量,scale为三个方向的缩放比例。
输入 | 原法线 | 直接缩放后的两点积 | 按倒数缩放法线 | 正确两点积 {'u': [3, 3, -3], 'v': [2, -3, 0], 'scale': [2, 4, 5]} | [-9, -6, -15] | [729, 216] | ['-9/2', '-3/2', '-3'] | ['0', '0'] {'u': [0, 3, 0], 'v': [0, -3, 1], 'scale': [5, 3, 2]} | [3, 0, 0] | [0, 0] | ['3/5', '0', '0'] | ['0', '0'] {'u': [3, -2, -1], 'v': [-1, 3, 3], 'scale': [1, 4, 3]} | [-3, -8, 7] | [184, -192] | ['-3', '-2', '7/3'] | ['0', '0'] {'u': [-1, -3, -3], 'v': [0, 2, -3], 'scale': [1, 5, 2]} | [15, -3, -2] | [234, -126] | ['15', '-3/5', '-1'] | ['0', '0'] {'u': [1, 3, 1], 'v': [3, 0, -2], 'scale': [1, 2, 1]} | [-6, 5, -9] | [45, 0] | ['-6', '5/2', '-9'] | ['0', '0'] {'u': [-3, -1, -1], 'v': [3, 3, 0], 'scale': [4, 3, 3]} | [3, -3, -6] | [-63, 63] | ['3/4', '-1', '-2'] | ['0', '0']表格中的编号只标识当前例子的元素,不应把对象身份、数组下标与计算数值混为一谈。阅读时先核对输入和边界,再沿记录检查每一步;空结果表示规则下没有可用项,并不是默认返回数值零。
复核与适用条件
检查新法线与两个新切向量的点积均为零。也可以把变换后的两个切向量重新叉乘,它应与这个法线平行;直接乘比例的错误候选则不一定保持点积为零。
本例只处理可逆的正对角缩放,不涉及平移、奇异变换或反射后的朝向约定。法线长度不是这里的重点,后续照明若要求单位向量,仍应执行归一化,而不能把任意长度直接代入。
练习时先独立复算一小段,再检查整体结果是否满足文中条件。遇到差异应保留中间记录并定位第一处不一致,而不是只调整最后答案。更换输入或操作规则后,需要重新计算,原记录只对这一例负责。
