法线向量在3D机器视觉中的应用

在机器视觉和3D计算机视觉中，法线向量（Normal Vector）是描述三维物体表面局部几何方向的一个重要概念。它表示某一点在表面上的垂直方向（即垂直于该点切平面的方向），通常用于分析物体的形状、表面曲率、光照计算以及三维重建等任务。
法线向量的定义
几何意义：
对于三维物体表面的一个点，法线向量是垂直于该点所在局部表面的单位向量（长度为1）。
如果是平面，所有点的法线方向一致；如果是曲面，每个点的法线方向可能不同（取决于局部曲率）。
数学表示：
对于显式表示的表面（如参数曲面），法线可以通过偏导数的叉乘计算。
对于隐式表示的表面（如点云或网格），法线通常通过邻域点的统计分析来估计。
法线向量的应用
在机器视觉和3D处理中，法线向量的用途广泛：
光照与渲染：
在计算机图形学中，法线决定光线如何与表面交互（如Phong光照模型）。
表面重建：
从点云重建三维网格时，法线帮助确定表面的连续性和平滑性。
物体分割与识别：
通过法线方向的变化分割不同平面或曲面区域（例如识别桌子的平面和杯子的圆柱面）。
位姿估计：