法線ベクトルの単純平均について

Question

同じような内容の連続投稿となってしまいすみません。

また新たな質問として質問することとしました。

頂点の法線を単純に頂点を共有するメッシュの面法線を平均して求めて陰影をつけたいと思っていますが書き方がわからず苦戦しています。

#include"stlreader.h"

#define STL_FILE "C:\Users\onower\Desktop\nsx_concept_LOW.stl"


using namespace std;

float light_pos[] = { -5.0, 5.0, 5.0, 1.0 };

//プロトタイプ宣言
void display(void);
void reshape(int w, int h);
void draw();
void init();
void DRAW_XYZ();
void MouseWheel(int wheel, int direction, int x, int y);
void mouse(int button, int state, int x, int y);
void motion(int x, int y);

Triangle *triangles;
int num;
STLreader stlreader;
int rate = 1.0;
double xAngle = 0.0, yAngle = 0.0;

int main(int argc, char *argv[])
{
	glutInitWindowPosition(128, 128);
	glutInitWindowSize(800, 800);
	glutInit(&argc, argv);
	glutInitDisplayMode(GLUT_RGBA | GLUT_DOUBLE | GLUT_DEPTH);
	glutCreateWindow("argv[0]");
	init();
	glutDisplayFunc(display);
	glutReshapeFunc(reshape);
	glutMouseFunc(mouse);
	glutMotionFunc(motion);
	glutMouseWheelFunc(MouseWheel);
	//	glutKeyboardFunc(keyboard);
	glutMainLoop();

		if (triangles)
			delete[] triangles;

	return 0;
}


void display(void)
{

	
	glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);



	glLoadIdentity();
	gluLookAt(10.0 * rate,15.0 * rate ,10.0 * rate, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 1.0, 0.0); //視点の設定

	//glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, light_pos);

	glRotated(xAngle, 1, 0, 0);
	glRotated(yAngle, 0, 1, 0);


	draw();  //描画

	glutSwapBuffers();  //ウィンドウに出力



	//double* getNormalVert(Triangle trinangles);

}


void reshape(int w, int h)
{
	glViewport(0, 0, w, h);  //ビューポートの設定
	glMatrixMode(GL_PROJECTION);
	glLoadIdentity();
	gluPerspective(30.0, (double)w / (double)h, 1.0, 100.0); //視野の設定
	glMatrixMode(GL_MODELVIEW);
	glLoadIdentity();

	
}



void draw()
{


	 DRAW_XYZ(); //XYZ軸の描画	

     glBegin(GL_TRIANGLES);

     glColor3f(1.0, 0.0, 0.0);


	for (int i = 0; i < num; i++)   //stlデータの描画
	{

		glNormal3dv(triangles[i].nornVec);
		glVertex3dv(triangles[i].pnt1);
		glVertex3dv(triangles[i].pnt2);
		glVertex3dv(triangles[i].pnt3);
		



	}
	
	glEnd();
	glFlush();


}


void init()
{

	if (triangles)
		delete[] triangles;

	num = stlreader.countTriangles(string(STL_FILE));  //stlデータを構成しているポリゴンの数のをカウント


	if (!(num = stlreader.countTriangles(string(STL_FILE))))

		return;

	triangles = new Triangle[num];

	stlreader.readASCIISTLFile(STL_FILE, triangles);

	stlreader.readBinarySTLFile(STL_FILE, triangles);

	glClearColor(1.0, 1.0, 1.0, 1.0);

}



void DRAW_XYZ()
{
	glDisable(GL_LIGHTING);
	glDisable(GL_LIGHT0);
	glDisable(GL_DEPTH_TEST);
	glDisable(GL_NORMALIZE);

	glBegin(GL_LINES);

	glColor3d(0, 1, 0);//x軸緑
	glVertex2d(-1000, 0);
	glVertex2d(1000, 0);

	glColor3d(1, 0, 0);//y軸赤
	glVertex2d(0, -1000);
	glVertex2d(0, 1000);

	glColor3d(0, 0, 1);//z軸青
	glVertex3d(0, 0, -1000);
	glVertex3d(0, 0, 1000);

	glEnd();



	
	glEnable(GL_DEPTH_TEST);
	glEnable(GL_NORMALIZE);
	//glLightfv(GL_LIGHT0, GL_POSITION, light_pos);
	glEnable(GL_LIGHT0);
	glEnable(GL_LIGHTING);
}


void MouseWheel(int wheelnumber, int direction, int x, int y)
{

	if (direction > 0)
	{
		rate++;

	}
	else
	{
		rate--;

	}

	glutPostRedisplay();

}


int xStart, yStart;
bool mouseFlag = GL_FALSE;
void mouse(int button, int state, int x, int y)
{
	if (button == GLUT_LEFT_BUTTON &&state == GLUT_DOWN)
	{
		xStart = x;
		yStart = y;
		mouseFlag = GL_TRUE;
	}
	else
	{
		mouseFlag = GL_FALSE;

	}

}

void motion(int x, int y)
{
	int xdis, ydis;
	double a = 0.5;

	if (mouseFlag == GL_FALSE)return;

	xdis = x - xStart;
	ydis = y - yStart;

	xAngle += (double)ydis * a;
	yAngle += (double)xdis * a;

	xStart = x;
	yStart = y;
	glutPostRedisplay();
}

ヘッダーファイル

#include <iostream>
#include <cmath>
#include <string>
#include <fstream>

using namespace std;

struct vert
{
	double pnt1[3];
	double pnt2[3];
	double pnt3[3];
};

struct vert4
{
	double pnt1[4];//x,y,z,w
	double pnt2[4];
	double pnt3[4];
};

struct Triangle {
	double nornVec[3];
	double pnt1[3];
	double pnt2[3];
	double pnt3[3];
	unsigned int index;
};


class STLreader
{
	
	unsigned int num_tmp_points;//一時的な変数
	unsigned int num_triangles;//三角形の数



public:
	static int countTriangles(string filename)
	{
		//STLファイルのオープン
		ifstream ifs;
		char line[80];
		ifs.open(filename);
		if (ifs.fail())
			return false;
		string str;
		int count = 0;
		int a;
		getline(ifs, str);
		//int h = str.find("solid");
		if (str.find("solid")==-1){
			ifs.close();
			ifs.open(filename, ios::binary);
			if (ifs.fail())
				return false;
			ifs.read(line, 80);
			ifs.read(line, 4);
			return *(int *)line;
		}
		while (getline(ifs, str)){
			a = str.find("normal");
			if (a > 0)
				count++;
		}
		ifs.close();
		return count;
	};

	bool readASCIISTLFile(string filename, Triangle *values)
	{

		//STLファイルのオープン
		ifstream ifs(filename);
		if (ifs.fail())
			return false;

		//vector<mesh> Stldata;
		string str;
		int index = 0, j;
		double x = 0, y = 0, z = 0;
		//tmp_point *tmp_pnt = new tmp_point;

		getline(ifs, str);
		if (0 < str.find("solid"))
			return false;
		//ファイルから座標値の読み込み
		printf("Tring text STL file ...");
		num_tmp_points = 0;
		num_triangles = 0;


		while (getline(ifs, str)){

	

			//vertexが見つかるまで読み飛ばす
			j = str.find("vertex");
			if (j<0)
				continue;
			//連続する３頂点の読み込みポリゴンを登録
			//tmp_pnt = (tmp_point *)malloc(sizeof(tmp_point));
			for (int c = 2; c >= 0; c--)
			{
				values[num_triangles].pnt1[c] = atof(str.substr(str.rfind(" ")).c_str());
				str.erase(str.rfind(" "));
				num_tmp_points++;
			}
			//point_array[num_tmp_points-1] = tmp_pnt;

			//tmp_pnt = (tmp_point *)malloc(sizeof(tmp_point));
			getline(ifs, str);

			for (int c = 2; c >= 0; c--)
			{
				values[num_triangles].pnt2[c] = atof(str.substr(str.rfind(" ")).c_str());
				str.erase(str.rfind(" "));
				//tmp_pnt->index = num_tmp_points;
				num_tmp_points++;
			}
			//point_array[num_tmp_points-1] = tmp_pnt;

			//tmp_pnt = (tmp_point *)malloc(sizeof(tmp_point));
			getline(ifs, str);

			for (int c = 2; c >= 0; c--)
			{
				values[num_triangles].pnt3[c] = atof(str.substr(str.rfind(" ")).c_str());
				str.erase(str.rfind(" "));
				//tmp_pnt->index = num_tmp_points;
				num_tmp_points++;
			}

			values[num_triangles].nornVec[0] = getNormalVert(values[num_triangles])[0];
			values[num_triangles].nornVec[1] = getNormalVert(values[num_triangles])[1];
			values[num_triangles].nornVec[2] = getNormalVert(values[num_triangles])[2];
			
			values[num_triangles].index = num_triangles;
			num_triangles++;

		}
		ifs.close();
		//fclose(in);
		if (num_triangles > 0)
			printf("Done.\n");
		else
			printf("Failed\n");
		return(num_triangles > 0);

	}

	bool readBinarySTLFile(string STL_file, Triangle *values)
	{
		char line[81];
		float *coord;
		int num;
		FILE *in;
		errno_t error;

		ifstream ifs(STL_file);
		if (ifs.fail())
			return false;
		

		if ((error = fopen_s(&in,STL_file.c_str(), "rb")) != 0)
		{
			// エラー処理
			//ofs << "Can't open file " << endl;
			fclose(in);
			return false;
		}

		//最初の84ビット分を読み飛ばす
		if (fread(line, 1, 80, in) != 80)
			return false;

		printf("Tring binary STL file ...");
		fread(line, 1, 4, in);
		num = *(int*)line;

		//ofs << "number of triangles: " << num<< endl;
		int j = 0;
		//ofs << "solid model" << endl;
		while (fread(line, 1, 50, in) == 50)
		{
			coord = (float *)line;
			//values[j].nornVec[0] = coord[0];
			//values[j].nornVec[1] = coord[1];
			//values[j].nornVec[2] = coord[2];
			
			values[j].pnt1[0] = coord[3];
			values[j].pnt1[1] = coord[4];
			values[j].pnt1[2] = coord[5];

			values[j].pnt2[0] = coord[6];
			values[j].pnt2[1] = coord[7];
			values[j].pnt2[2] = coord[8];

			values[j].pnt3[0] = coord[9];
			values[j].pnt3[1] = coord[10];
			values[j].pnt3[2] = coord[11];
			
			values[j].nornVec[0] = getNormalVert(values[j])[0];
			values[j].nornVec[1] = getNormalVert(values[j])[1];
			values[j].nornVec[2] = getNormalVert(values[j])[2];
			values[j].index = j;
			j++;

		}

		//ofs << "endsolid model" << endl;
		fclose(in);
		//ofs.close();
		if (num > 0)
			printf("Done.\n");
		else
			printf("Failed\n");
		return(num > 0);

	}


	//vec0とvec1の内積の計算
	double dot(double vec0[], double vec1[])
	{
		return (vec0[0] * vec1[0] + vec0[1] * vec1[1] + vec0[2] * vec1[2]);
	}

    void cross(double vec0[], double vec1[], double vec2[])
	{
		vec2[0] = vec0[1] * vec1[2] - vec0[2] * vec1[1];
		vec2[1] = vec0[2] * vec1[0] - vec0[0] * vec1[2];
		vec2[2] = vec0[0] * vec1[1] - vec0[1] * vec1[0];
	}

	void normVec(double vec[])
	{
		double norm;
		norm = sqrt((vec[0] * vec[0] + vec[1] * vec[1] + vec[2] * vec[2]));
		vec[0] /= norm; vec[1] /= norm; vec[2] /= norm;
	}

	double* getNormalVert(Triangle vertex)
	{
		double normalVec[3] = {};
		double vec1[3] = { vertex.pnt2[0] - vertex.pnt1[0],
							vertex.pnt2[1] - vertex.pnt1[1],
							vertex.pnt2[2] - vertex.pnt1[2] };
		double vec2[3] = { vertex.pnt3[0] - vertex.pnt2[0],
							vertex.pnt3[1] - vertex.pnt2[1],
							vertex.pnt3[2] - vertex.pnt2[2] };
		cross(vec1, vec2, normalVec);
		normVec(normalVec);//正規化

		return normalVec;
	}




};

Answer 1

やり方は前回の質問に書いたとおりです。
https://teratail.com/questions/100307

私が「やり方しか書かなかった」のは「慈善でコードを提供するには作業量が多すぎる」からです。技術の話であれば私は延々喋り続けられますが、正解がただ欲しいという人には厳しくあたります。ここはエンジニアがお互いの疑問に答え研鑽する場であり、他人にやってほしいことを頼む場ではないです。

Answer 2

前回の質問に対する回答の一番最初の「自力で変換」のところで方針を示していただいていますが、
STLは位相情報がないポリゴンフォーマットですので、まずは、座標が一致==位相的に同一の頂点、
とみなして、頂点の共有状況を求めないことにはその先の計算に進めませんね。

座標の一致判定はトレランスを考慮すると難しくなりますが、パフォーマンスを気にしないので
あれば、単純に1点頂点を読むごとに、それまでに読んだ頂点を総当りでdouble値として完全一致
するものがないか調べるだけで良いと思います。
（内容やコードの質から察するに、大学のCG系の課題とかでは？、と推測したのですが、
そうであれば、大規模モデルとかパフォーマンスとかは、2の次でいいかもですし）

今更ですが、なめらかな表示ではなく、Trinagle単位でパキパキの表示で良いのであれば、STLの法線
＆法線の指定はサボって、単にglEnable(GL_AUTO_NORMAL);を指定する、という手もありますね。

Answer 3

3Dデータを扱いたいのであれば先ず基本となるベクトル演算に(空間幾何学)関する基礎を身に着けましょう。
それからでないと説明している言葉を理解していただくのが難しいと思います。

たとえば件の法線ですが、ベクトルの外積を計算すればよいわけですが、その意味が分からなければ説明自体を理解してもらうことが難しいと思います。

先ず基礎を身に着ける努力をして見ましょう。