TriangleMesh JavaFX 中 getNormals() 方法的用途是什么

我目前正在开发 JavaFX 3D 应用程序，并在 TriangleMesh 类中遇到 getNormals() 方法。

正如 Triangle Mesh 类用于创建用户定义的 Java FX 3D 对象一样，其中
getPoints()用于添加Points
getFaces() 用于添加 Faces
getTexCoords() 用于管理 3D 对象的纹理，
但我不确定 TriangleMesh 类中 getNormals() 方法的用途是什么。

在TriangleMesh类中，我们可以将顶点格式设置为VertexFormat.POINT_TEXCOORD和VertexFormat.POINT_NORMAL_TEXCOORD。
但是如果我们将 vertexFormat 设置为“VertexFormat.POINT_NORMAL_TEXCOORD”，那么我们需要将法线索引添加到面中，如下所示：
[ p0, n0, t0, p1, n1, t1, p3, n3, t3, // 纹理矩形的第一个三角形

p1, n1, t1, p2, n2, t2, p3, n3, t3 // 纹理矩形的第二个三角形 ]

如中所述https://docs.oracle.com/javase/8/javafx/api/javafx/scene/shape/TriangleMesh.html https://docs.oracle.com/javase/8/javafx/api/javafx/scene/shape/TriangleMesh.html

如果我使用 vertexFormat 作为 POINT_TEXCOORD 或 POINT_NORMAL_TEXCOORD，我没有发现 3D 形状有任何差异。

那么TriangleMesh JavaFX中的getNormals()方法有什么用呢？

提前致谢..

法线在计算机图形学中的使用 https://en.wikipedia.org/wiki/Normal_(geometry):

法线通常用于计算机图形学中，以确定表面朝向光源的方向以进行平面着色，或确定每个角（顶点）的方向以模仿具有 Phong 着色的曲面。

法线会影响应用于面部的阴影。

JavaFX 8 的标准着色机制是丰阴影 https://en.wikipedia.org/wiki/Phong_shading and a Phong反射模型 https://en.wikipedia.org/wiki/Phong_reflection_model。默认情况下，Phong Shading 假定平滑变化（线性插值）的表面法线向量。这允许您通过提供有限顶点几何体的着色来渲染球体。默认情况下法向量 http://mathworld.wolfram.com/NormalVector.htmls 将被计算为垂直于面。

JavaFX 允许您提供自己的法线，而不是依赖默认的计算法线。然后，JavaFX 中的 Phong 着色算法实现将在您提供的法线（而不是它计算的法线）之间进行插值。更改表面法线的方向将通过改变模型表示从其反射的光的方式来改变着色模型，本质上，光将以修改后的法线向不同的方向反射。

维基百科的这个示例在右侧显示了一个 phong 阴影球体。两个球体实际上具有相同的几何形状。有助于 phong 着色方程的法线分布是默认的、基于每个面的标准法线计算平滑插值的法线分布（因此不提供用户法线）。用于计算阴影的方程描述于Phong材料 https://docs.oracle.com/javase/8/javafx/api/javafx/scene/paint/PhongMaterial.htmljavadoc，您可以在漫反射颜色和镜面高光的计算方面看到对着色算法的正常贡献。

标准 3D 模型，例如目标文件 http://www.martinreddy.net/gfx/3d/OBJ.spec可以选择允许提供法线：

vn i j k

多边形和自由形式的几何声明。

指定具有分量 i、j 和 k 的法线向量。

顶点法线影响几何体的平滑着色和渲染。 对于多边形，使用顶点法线代替实际面 法线。对于曲面，顶点法线插值在 整个表面并替换实际的分析表面法线。

当顶点法线存在时，它们会取代平滑组。

i j k 是顶点法线的 i、j 和 k 坐标。他们 是浮点数

那么，你为什么想要它？

最简单的解释方法可能是看看称为平滑组 http://pre03.deviantart.net/66b8/th/pre/f/2007/005/1/3/blender___smoothing_groups_tut_by_ruzzy2006.jpg（请点击链接，由于版权原因我不会嵌入这里）。从链接的图像中可以看出，当将平滑组应用于面部集合时，可以在分组的面部之间获得清晰的轮廓（例如折痕或角）。指定法线允许您完成与平滑组类似的操作，只是需要更多控制，因为您可以为每个顶点指定单独的法线，而不是整个相关面组。注意 JavaFX 允许您通过指定平滑组getFaceSmoothingGroups() https://docs.oracle.com/javase/8/javafx/api/javafx/scene/shape/TriangleMesh.html#getFaceSmoothingGroups--对于您不想通过以下方式定义完整法线几何体的麻烦的情况获取法线() https://docs.oracle.com/javase/8/javafx/api/javafx/scene/shape/TriangleMesh.html#getNormals--.

另一个类似的想法是法线贴图 https://en.wikipedia.org/wiki/Normal_mapping (or bump map https://docs.oracle.com/javase/8/javafx/api/javafx/scene/paint/PhongMaterial.html#bumpMapProperty）。这样的贴图存储图像中的法线信息而不是矢量信息，例如获取法线() https://docs.oracle.com/javase/8/javafx/api/javafx/scene/shape/TriangleMesh.html#getNormals--方法，所以这是一个稍微不同的事情。但您可以看到与反射模型算法的类似交互：

背景阅读 - 如何理解 Phong 材料（和其他东西） http://web.eecs.umich.edu/~sugih/courses/eecs487/lectures/16-Phong+Shading.pdf