【3D 入门-7】理解 SDF(Signed Distance Field) 不是什么?与相对坐标的区别

SDF与相对坐标的区别与联系

一、SDF的本质:距离+方向,而非单纯的相对坐标

1. 相对坐标的定义

相对坐标是指某点相对于参考点(如原点、物体中心)的位置偏移,通常用(x,y,z)表示方向和距离,不涉及"正负号代表内外"的概念。例如:

  • 以球心为原点,球外一点(2,0,0)的相对坐标是(2,0,0),仅表示位置,不说明"在外部"。

2. SDF的核心:距离的符号化度量

SDF的数值=点到物体表面的最短距离×符号(内外方向),包含两层信息:

  • 距离大小:点到表面的实际距离(绝对值);
  • 方向符号 :点在内部(负)或外部(正)。
    例如半径为1的球体,点(2,0,0)的SDF是1(距离1,外部),点(0.5,0,0)的SDF是-0.5(距离0.5,内部)。
二、为什么SDF不是相对坐标?
对比维度 相对坐标 SDF
数据类型 三维向量(x,y,z) 标量(只有一个数值)
信息含义 点的位置偏移 点到表面的距离+内外方向
用途 描述位置关系 描述形状的空间分布
与形状的关系 不依赖具体形状 依赖于特定形状的表面

举个反例

对于两个不同形状(如球体和立方体),同一个点的SDF值不同(因为到不同表面的距离不同),但相对坐标可能相同。这说明SDF与形状强相关,而相对坐标仅与参考点相关。

三、两者的联系:都涉及"相对参考"的思想
  • 相对坐标以"参考点"为基准描述位置;
  • SDF 以"物体表面"为基准描述点的位置关系(内外+距离)。
    可以理解为:SDF是一种带符号的距离度量 ,而相对坐标是位置向量,二者从不同角度描述空间点的属性。
四、类比理解:SDF像"海拔差",相对坐标像"地图坐标"
  • 地图坐标(相对坐标):比如某点在原点东北方向(100m, 200m),只表示位置;
  • 海拔差(SDF):该点海拔比海平面高50米(正数,外部),或低10米(负数,内部),表示与"海平面"(表面)的距离和方向。
五、总结:SDF的独特性

SDF的本质是"带方向的距离场",它用数学方式将空间点与形状表面的关系转化为可计算的数值,这是相对坐标无法直接表达的。相对坐标是SDF计算中的中间量(如计算点到球心的距离时需要相对坐标),但SDF的核心价值在于通过"距离+符号"高效描述形状的内外分布,这也是它在3D算法中不可替代的原因~

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