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Blender 5.1 · 21/51

4.7 法线、平滑与锐边

法线(Normal):每个面(或每个顶点)有一个方向向量,代表这个面"朝哪边"。

法线是 3D 模型里"看不见却无处不在"的属性。理解法线可以解决很多"怎么看怎么怪"的渲染问题。


一、法线是什么

法线(Normal):每个面(或每个顶点)有一个方向向量,代表这个面"朝哪边"。

直观理解

想象你站在一个桌面上,脸朝天——你身体的指向就是桌面的法线。

  • 一个面有两种"朝向":外 或 内
  • 法线必须指向外(面向观察者/光源)才能正确渲染

法线影响什么

  • 光照:光只从法线方向的"正面"照亮
  • 着色:Flat / Smooth shading 都依赖法线
  • 渲染:Cycles 的光追计算要用法线
  • 材质:法线贴图通过微调法线模拟凹凸

二、法线反转的症状

如果某个面的法线反了,你会看到:

  • EEVEE 模式:这个面变成全黑,或受到背光时亮度异常
  • Cycles 渲染:局部光照不正确
  • 着色预览:透过它能看到背后的物体(背面剔除开启时)

这是建模中最常见的"怎么这个地方这么怪"的原因之一。


三、显示法线

编辑模式下:

  1. 点 3D 视图右上角的"叠加层"按钮(两个圆交叠图标)
  2. 展开 网格编辑模式 选项
  3. 勾选 法线 下的以下任一个:
    • 显示顶点法线:每个顶点的法线方向
    • 显示切分法线:每条边的法线
    • 显示面法线:每个面的法线(蓝色小线)

调整旁边的"大小"滑块可以让法线线条更清晰。


四、重算法线:Shift + N

最常用的修复法线问题的方法:

  1. A 全选
  2. Shift + N → 重算外部法线
  3. Blender 自动把所有法线方向统一为朝外

这对封闭的网格(比如球、立方体)效果很好。对于开口网格(比如一张纸),它会猜测方向。

反向重算:Shift + Ctrl + N

朝内重算。很少用到。


五、翻转单个法线:Alt + N

选中一个面 → 菜单 网格 → 法线 → 翻转(或 Alt + N → 翻转)。

手动指定哪个面需要翻转。


六、平滑着色 vs 平面着色

这不是法线本身的问题,而是法线如何被使用的问题。

平面着色(Flat Shading)

每个面按自己的法线着色。结果:你能清楚看到每个面的边界,像块切削的水晶。

平滑着色(Smooth Shading)

顶点法线通过插值模拟连续曲面。结果:面与面之间的边界被抹平,看起来是光滑曲面。

切换方法

物体模式:

  • 右键 → 着色平滑(Shade Smooth):整体变光滑
  • 右键 → 着色平面(Shade Flat):整体变平

编辑模式下对选中面:

  • 菜单 网格 → 着色 → 面平滑 / 面平直

七、平滑着色 vs 细分表面的区别

这两个常被混淆:

功能改变几何吗?效果
平滑着色不只改变光照插值,多边形数不变
细分表面是实际增加多边形,让几何变圆

结果:

  • 平滑着色的立方体还是 6 个面,只是看起来圆
  • 细分表面的立方体变成几百个面,真的变圆了

通常两者配合使用——细分表面让几何变圆,平滑着色让没细分的部分也看起来柔和。


八、自动平滑 / 按角度平滑

"平滑着色"的问题是所有地方都变平滑,连应该锐利的边角也被抹掉。

Blender 5.x:按角度平滑

Blender 5.x 引入了新的"按角度着色平滑"节点:

  1. 物体右键 → 平滑按角度
  2. 输入一个角度(比如 30°)
  3. 小于 30° 的边被平滑,大于 30° 的边保持锐利

结果:曲面部分圆滑,边角部分锐利。这是硬表面建模的理想效果。

老版本:自动平滑

4.x 及以前在"物体数据属性 → 法向 → 自动平滑"里有类似的角度选项。5.x 改成了修改器/节点的形式。


九、标记锐边 Mark Sharp

除了按角度,你也可以手动标记某些边为锐边:

  1. 编辑模式,边模式
  2. 选中要保持锐利的边
  3. 菜单 边 → 标记锐边
  4. 锐边会显示为青色

配合"按角度平滑"(勾选"使用锐边")可以精确控制哪些边是锐的、哪些是平滑的。

清除锐边

边 → 清除锐边


十、面朝方向(Face Orientation)叠加

查找法线反转问题的最佳方式:

  1. 叠加层菜单 → 勾选 面朝向
  2. 3D 视图里:
    • 蓝色 = 正面(法线朝外)
    • 红色 = 背面(法线朝内,有问题)

一眼就能看到哪里需要修复。


十一、修复法线的完整流程

当你发现模型的光照怪怪的:

  1. 打开"面朝向"叠加
  2. 如果有红色部分,选中这些红色面 → Alt + N → 翻转
  3. 或者 A 全选 → Shift + N 重算
  4. 再看面朝向,确认全部变蓝
  5. 如果是曲面,加"按角度平滑"或平滑着色

十二、法线贴图预告

法线贴图(Normal Map):用一张特殊的贴图"假装"表面有凹凸,实际上几何体是平的。

  • 红色通道 = X 方向偏移
  • 绿色通道 = Y 方向偏移
  • 蓝色通道 = Z 方向

法线贴图让低模看起来像高模。这是游戏美术的基本技术。第 6 章有简介。


十三、自定义法线(进阶)

Blender 允许你手动设置顶点法线方向,称为"自定义分割法向"。

用于:

  • 让低模模仿高模的光照
  • 特殊着色效果
  • 卡通渲染

新手阶段不用管,保持自动计算的法线就够。


动手练习 4.7

练习 A:观察法线反转

  1. 默认立方体,Tab
  2. 面模式,选一个面
  3. Alt + N → 翻转
  4. 叠加层 → 勾面朝向
  5. 看到那个面变红
  6. Shift + N 全选后重算
  7. 变回全蓝

练习 B:平滑 vs 平面

  1. 添加一个 UV 球
  2. 默认它是平面着色,看起来有棱有角
  3. 右键 → 着色平滑
  4. 现在它看起来是圆的
  5. 再右键 → 着色平直 → 恢复

练习 C:按角度平滑

  1. 添加柱体
  2. 右键 → 平滑按角度
  3. F9 调整角度到 30°
  4. 柱体侧面平滑,顶面和侧面的锐边保持锐利

练习 D:锐边手动标记

  1. 立方体 → 细分表面修改器 2 级 → 变成球
  2. 进入编辑模式
  3. 全选 → 右键 → 着色平滑
  4. 选一些边 → 边 → 标记锐边
  5. 配合"按角度平滑"让锐边生效

练习 E:查看法线线

  1. 立方体 Tab
  2. 叠加层 → 勾显示面法线
  3. 看每个面中央的蓝色小线代表法线方向

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