为什么 STL 文件需要法线向量？答案

【问题标题】：Why is a normal vector necessary for STL files?为什么 STL 文件需要法线向量？
【发布时间】：2018-03-13 20:21:10
【问题描述】：

STL 是最流行的 3d 打印 3d 模型文件格式。它记录构成 3d 形状的三角形表面。

我阅读了 STL 文件格式的规范。这是一种相当简单的格式。每个三角形由 12 个浮点数表示。前 3 个定义法线向量，接下来的 9 个定义三个顶点。但这里有一个问题。三个顶点足以定义一个三角形。法线向量可以通过取两个向量的叉积来计算（每个向量都从一个顶点指向另一个顶点）。

我知道法线向量在渲染中很有用，并且通过包含法线向量，程序不必在每次加载相同的模型时都计算法线向量。但是我想知道如果创建软件故意包含错误的法向量会发生什么？它会在渲染软件中产生错误的结果吗？

另一方面，三个顶点说明了三角形的一切。包含法线向量将允许信息中存在逻辑冲突，并将文件大小增加 33%。如有必要，渲染软件可以在合理的时间内计算法向量。那么格式为什么要包含它呢？该格式创建于 1987 年，用于立体光刻 3D 打印。那时计算法向向量对计算机来说成本高吗？

我在一个线程中读到 Autodesk Meshmixer 会根据顶点忽略法线向量和图形三角形。提供错误的法线向量似乎不会改变结果。 Why do Stereolithography (.STL) files require each triangle to have a normal vector?

【问题讨论】：

我没有答案。 Wikipedia 说了几句话。这可能与区分开放表面的内部和外部有关。
是的，STL 没有缠绕规则规范，这意味着您不知道计算出的法线应该面向哪个方向......因此您不知道应该从哪一侧定位打印头。可以粗略计算，但这是相对昂贵的操作，尤其是对于高三角形数的凹面网格。
其实根据all3dp规定绕线要求逆时针向内。法线应该向外。

标签： graphics 3d-printing

【解决方案1】：

至少在使用 Cura 对模型进行切片时，表面法线的方向会有所不同。我经常遇到 STL 文件，这些文件在任何查看器中呈现为实体对象时看起来只是找到，但由于某些面的表面法线方向错误，切片器“认为”应该为空的区域（通常是凹面）是内部的一部分，切片器创建一个“顶层”覆盖凹形区域的细节。（这是使用从某个 SketchUp 源导入的 Meshmixer 文件导出的 STL）。

FWIW，Meshmixer 有一个 FlipSurfaceNormals 工具来帮助处理这个问题。

【讨论】：