平面最核心的信息是它的法向量 nn 以及它到原点的距离,围绕这两点有几种常见的表示方式:

  • 点法式:已知平面上一点 p0p_0 和法向量 nn,点 pp 在平面上当且仅当 n⋅(p−p0)=0n \cdot (p - p_0) = 0
  • 一般式:Ax+By+Cz+D=0Ax + By + Cz + D = 0,此时法向量为 n=(A,B,C)Tn = (A, B, C)^T
  • 三点式:三个不共线的点 p0,p1,p2p_0, p_1, p_2 确定一个平面,法向量为 n=(p1−p0)×(p2−p0)n = (p_1 - p_0) \times (p_2 - p_0)
  • 齐次表示:用四维向量 p=(nx,ny,nz,D)Tp = (n_x, n_y, n_z, D)^T 表示平面,与 齐次坐标表示法 配合时,点 xx 在平面上当且仅当 pTx=0p^T x = 0
  • 参数式:p=p0+s u+t vp = p_0 + s\,u + t\,v,其中 u,vu, v 是平面内两个不共线的向量

前三种方式描述的是同一个平面,只是已知条件不同;在渲染与求交时,一般式(隐式方程)用得最多,参数式则常用于光线求交与几何生成的场景。