Was sind Flächennormalen?

Jedes Dreieck in einem STL-Mesh hat eine Flächennormale — einen Vektor senkrecht zur Dreiecksoberfläche, der anzeigt, welche Seite die „Außenseite" ist. Flächennormalen dienen zwei kritischen Zwecken:

Rendering — 3D-Viewer verwenden Normalen zur Bestimmung der Beleuchtung. Eine Fläche mit umgekehrter Normale wird von der falschen Seite beleuchtet und erscheint schwarz oder unsichtbar.
Slicing — Slicer verwenden Normalen, um Innen- von Außenseite des Modells zu unterscheiden. Umgekehrte Normalen können dazu führen, dass der Slicer Regionen des Objekts invertiert.

Warum Normalen umgekehrt werden

Spiegeln und Skalieren

Wenn Sie ein Objekt an einer Ebene spiegeln, kehrt die Operation die Wicklungsreihenfolge jeder Fläche um. Wenn die Software die Normalen nicht automatisch kompensiert, steht das gesamte Modell auf links. Negatives Skalieren hat den gleichen Effekt.

Import zwischen Software

Verschiedene CAD- und Modellierungstools verwenden unterschiedliche Konventionen für die Vertex-Reihenfolge. Beim Export aus einem Programm und Import in ein anderes kann die Interpretation differieren.

Manuelle Mesh-Bearbeitung

Beim manuellen Modifizieren eines Mesh — Flächen extrudieren, Geometrie löschen und neu aufbauen — können leicht Flächen mit inkonsistenter Wicklungsreihenfolge entstehen.

So erkennen Sie umgekehrte Normalen: Wenn Ihr Modell teilweise transparent erscheint, dunkle Flecken zeigt, wo es beleuchtet sein sollte, oder „auf links gedreht" aussieht, sind umgekehrte Normalen die wahrscheinlichste Ursache.

Wie JustFixSTL die Normalenorientierung erkennt und repariert

Konsistenzpass

Ausgehend von einer Startfläche propagiert der Algorithmus über gemeinsame Kanten und stellt sicher, dass benachbarte Flächen kompatible Wicklungsreihenfolgen haben.

Orientierung über Vorzeichen-Volumen

Nach dem Konsistent-Machen berechnet das Tool das Vorzeichen-Volumen des Mesh. Zeigen die Normalen nach außen, ist das Volumen positiv. Ist es negativ, ist das gesamte Mesh auf links gedreht und alle Flächen werden zusammen umgedreht.

Komponentenweise Behandlung

Hat das Mesh mehrere getrennte Komponenten, wird der Vorzeichen-Volumen-Test auf jede Komponente unabhängig angewendet.

Häufige Symptome umgekehrter Normalen

Schwarze Flecken im 3D-Viewer — Flächen von der falschen Seite beleuchtet.
Modell erscheint hohl oder auf links gedreht — man kann durch die Außenseite hindurchsehen.
Slicer zeigt invertierte Füllung — Füllung erscheint außerhalb des Modells.
Fehlende Wände in bestimmten Bereichen — der Slicer interpretiert umgekehrte Flächen als Rückseite.
Rendering-Artefakte in Game-Engines — Beleuchtungsfehler in Unity, Unreal usw.

Umgekehrte Normalen in STL-Dateien reparieren