法向量的计算方法

如题所述

对于像三角形这样的多边形来说,多边形两条相互不平行的边的叉积就是多边形的法线。

用方程ax+by+cz=d表示的平面,向量(a,b,c)就是其法线。

如果S是曲线坐标x(s,t)表示的曲面,其中s及t是实数变量,那么用偏导数叉积表示的法线为:


如果曲面S用隐函数表示,点集合(x,y,z)满足 F(x,y,z)=0,那么在点(x,y,z)处的曲面法线用梯度表示为:

 

如果曲面在某点没有切平面,那么在该点就没有法线。例如,圆锥的顶点以及底面的边线处都没有法线,但是圆锥的法线是几乎处处存在的。通常一个满足Lipschitz连续的曲面可以认为法线几乎处处存在。

扩展资料:

法线是与多边形的曲面垂直的理论线,一个平面存在无限个法向量。在电脑图学的领域里,法线决定着曲面与光源的浓淡处理,对于每个点光源位置,其亮度取决于曲面法线的方向。

如果一个非零向量n与平面a垂直,则称向量n为平面a的法向量。垂直于平面的直线所表示的向量为该平面的法向量。每一个平面存在无数个法向量。

向量可以用有向线段来表示。有向线段的长度表示向量的大小,向量的大小,也就是向量的长度。长度为0的向量叫做零向量,记作长度等于1个单位的向量,箭头所指的方向表示向量的方向。

参考资料来源:百度百科——法向量

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第1个回答  2019-05-22

平面法向量的具体步骤:(待定系数法

1、建立恰当的直角坐标系

2、设平面法向量n=(x,y,z)

3、在平面内找出两个不共线的向量,记为a=(a1,a2, a3) b=(b1,b2,b3)

4、根据法向量的定义建立方程组:

①n·a=0; 

②n·b=0。

5、解方程组,取其中一组解即可。

如果曲面在某点没有切平面,那么在该点就没有法线

例如,圆锥的顶点以及底面的边线处都没有法线,但是圆锥的法线是几乎处处存在的。通常一个满足Lipschitz连续的曲面可以认为法线几乎处处存在。

扩展资料:

法向量的主要应用如下:

1、求斜线与平面所成的角:求出平面法向量和斜线的夹角,这个角和斜线与平面所成的角互余.利用这个原理也可以证明线面平行;

2、求二面角:求出两个平面的法向量所成的角,这个角与二面角相等或互补;

3、点到面的距离: 任一斜线(平面为一点与平面内的连线)在法向量方向的射影

如点B到平面α的距离d=|BD·n|/|n|(等式右边全为向量,D为平面内任意一点,向量n为平面α的法向量)。

利用这个原理也可以求异面直线的距离。

参考资料来源:百度百科-矢量运算

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第2个回答  推荐于2018-03-18

从理论上说,空间零向量是任何平面的法向量,但是由于零向量不能表示平面的信息。一般不选择零向量为平面的法向量。
如果已知直线与平面垂直,可以取已知直线的两点构成的向量作为法向量;如果不存在这样的直线,可用设元法求一个平面的法向量;步骤如下:首先设平面的法向量m(x,y,z),然后寻找平面内任意两个不平行的向量AB(x1,y1,z1)和CD(x2,y2,z2)。由于平面法向量垂直于平面内所有的向量,因此得到x*x1+y*y1+z*z1=0和x*x2+y*y2+z*z2=0。由于上面解法存在三个未知数两个方程(不能通过增加新的向量和方程求解,因为其它方程和上述两个方程是等价的),无法得到唯一的法向量(因为法向量不是唯一的)。为了得到确定法向量,可采用固定z=1(也可以固定x=1或y=1)或者模等于1的方法(单位法向量),但是这步并不是必须的。因为确定法向量和不确定法向量的作用是一样的。
平面法向量的具体步骤:(待定系数法)
1、建立恰当的直角坐标系
2、在平面内找出两个不共线的向量,记为a=(a1,a2, a3) b=(b1,b2,b3)
3、计算a×b=(a2b3-a3b2,a3b1-a1b3,a1b2-a2b1)=n,则因为叉乘(也叫向量积)的结果n垂直于a和b所在平面,因此n是平面的法向量。
注意:高中数学中会采用设n=(x,y,z)并解方程的方法,虽然比较容易理解但需要解方程。运用向量积的方法虽然难以记忆但计算方便,可以说二者各有千秋。
关于法向量微分几何的计算方式,这涉及到曲面的表示方式。通常曲面的表示方式为:
1).隐函数:F(x,y,z)=0, 如平面x+y+z=0;
2).(参数化的)向量形式:r(u,v)=x(u,v)i+y(u,v)j+z(u,v)k. 因为曲面的维度为2,所以一般是两个参数u,v。比如:x+y+z=0 可表示为:r(u,v)=ui+vj+(-u-v)k.
对应的,计算法向量的方式分别为:
1). grad(F). 即隐函数F(x,y,z)的梯度grad(F) 即为曲面在点(x,y,z)处的法向量,也即,法向量为F(x,y,z)=C变化率最大的方向。
2).偏导的叉乘给出法向量

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第3个回答  2019-12-21
平面法向量的具体步骤:(待定系数法)

1、建立恰当的直角坐标系

2、设平面法向量n=(x,y,z)

3、在平面内找出两个不共线的向量,记为a=(a1,a2, a3) b=(b1,b2,b3)

4、根据法向量的定义建立方程组:

①n·a=0;

②n·b=0。

5、解方程组,取其中一组解即可。

如果曲面在某点没有切平面,那么在该点就没有法线。

例如,圆锥的顶点以及底面的边线处都没有法线,但是圆锥的法线是几乎处处存在的。通常一个满足Lipschitz连续的曲面可以认为法线几乎处处存在。

扩展资料:

法向量的主要应用如下:

1、求斜线与平面所成的角:求出平面法向量和斜线的夹角,这个角和斜线与平面所成的角互余.利用这个原理也可以证明线面平行;

2、求二面角:求出两个平面的法向量所成的角,这个角与二面角相等或互补;

3、点到面的距离: 任一斜线(平面为一点与平面内的连线)在法向量方向的射影;

如点B到平面α的距离d=|BD·n|/|n|(等式右边全为向量,D为平面内任意一点,向量n为平面α的法向量)。

利用这个原理也可以求异面直线的距离。

参考资料来源:百度百科-矢量运算
第4个回答  2013-01-10
法向量是有无数个,但每个法向量都垂直于平面,且互相平行;如果限定为从原点出发的单位法向量,那就只剩一个了。
题中图片上直线L的向量(5,2,10),平面π的一个法向量:(4,0,-2),因两向量不成比例,故直线不予平面垂直,但两向量的点乘积等于0,说明两向量垂直,即直线L平行于平面π;
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