법선, 법선 벡터, Normal, Normal Vector 이란

법선(Normal)이란?

법선은 특정 표면에서 수직으로 나오는 벡터를 말합니다. 이 벡터는 그 표면의 기울기와 방향을 나타내며, 주로 조명 계산에서 사용됩니다. 각 정점 또는 면의 법선을 통해 3D 엔진은 그 표면이 어떻게 빛을 반사하는지 결정합니다.

법선 벡터(Normal Vector)란?

법선 벡터는 길이가 1인 단위 벡터로, 주어진 표면의 법선을 수학적으로 표현한 것입니다. 법선 벡터는 다음과 같은 특징을 가집니다:

• 길이가 1: 단위 벡터로, 벡터의 크기는 항상 1로 정규화됩니다.
• 방향: 표면에서 수직으로 튀어나오는 방향을 가리킵니다.

2D와 3D에서 법선의 의미:

• 2D에서 법선: 2D 평면에서는 법선이 해당 선분에 수직인 벡터입니다. 선의 기울기와 직각을 이루는 방향입니다.
• 3D에서 법선: 3D에서 법선 벡터는 면에 수직한 벡터를 의미합니다. 이 벡터는 조명 효과를 계산하거나 모델의 세부적인 면을 표현하는 데 사용됩니다.

법선 벡터의 예:

1. 평면의 법선: 예를 들어, 평평한 바닥이 있다고 가정했을 때, 이 바닥의 법선 벡터는 수직으로 위쪽을 향합니다.
2. 구의 법선: 구의 경우, 각 정점에서 법선 벡터는 그 정점이 구의 중심에서 벗어난 방향을 가리킵니다. 즉, 구의 표면에서 중심으로부터 방사되는 벡터가 법선 벡터가 됩니다.

법선 벡터의 활용:

1. 조명 계산: 법선 벡터는 빛의 반사 방향을 계산하는 데 사용됩니다. 조명 모델(예: Phong 모델, Lambert 모델)에서 법선 벡터와 광원 벡터의 각도를 통해 표면이 얼마나 밝게 보일지 결정됩니다.
2. 광택 및 반사 효과: 물체가 빛을 반사하는 방식(광택, 확산 등)은 법선 벡터를 기반으로 계산됩니다. 예를 들어, 표면이 매끄러울수록 법선 벡터에 따라 빛이 강하게 반사됩니다.
3. 정점 보간: 3D 모델에서 각 정점의 법선 벡터는 렌더링 엔진이 면의 조명 효과를 부드럽게 보간하는 데 사용됩니다. 이를 통해 곡면이 더 부드럽게 보이는 효과를 얻을 수 있습니다.