La teoria delle ombre è una parte della geometria descrittiva che si occupa di rappresentare, oltre ad un solido, l'ombra prodotta dal solido rispetto ad alcune fonti di luce.
Argomento tra i più completi e fondamentali del disegno, la sua osservazione — in natura, ad esempio — permette di comprendere la maggior parte dei concetti della geometria descrittiva, come le classificazioni dei metodi di proiezione, i problemi di incidenza o la corrispondenza biunivoca.
La teoria delle ombre può essere applicata a tutti tre tipi di proiezione: le proiezioni ortogonali, le proiezioni assonometriche e le proiezioni prospettiche.
L'ombra prodotta da un solido viene rappresentata come la proiezione del solido rispetto ai raggi della sorgente luminosa. Se la fonte di luce è puntiforme e posta a distanza finita (dunque approssimabile a una fonte di luce artificiale, come una lampadina) la proiezione segue le regole delle proiezioni centrali e l'ombra risulterà di dimensioni maggiori rispetto alla superficie illuminata. Se la fonte di luce è posta a distanza infinita (dunque approssimabile a una fonte di luce naturale come il Sole) i raggi luminosi vengono considerati paralleli e la proiezione segue le regole delle proiezioni parallele.
La parte della superficie di un solido K non rivolta verso la fonte di luce è l'ombra propria di K; le linee che separano la parte in ombra propria da quella illuminata, si dicono "separatrici di ombra" di K. La proiezione delle separatrici di ombra di K su un altro oggetto o sul piano di appoggio si dice ombra portata di K. Si dice ombra autoportata se tale proiezione cade sulla stessa superficie di K.
Con riferimento ai problemi di incidenza, l'ombra di un oggetto può essere interpretata come incidenza tra i diversi enti geometrici (tra retta e piano, tra piani, o tra superficie e piano). Ovvero l'ombra può essere interpretata come incidenza di un "ente di luce" (retta, piano o superficie) passante per un "ente oggettivo" (punto, retta, solido) con l'ente che riceve l'ombra (superficie piana o curva).
Nelle proiezioni ortogonali, quando la sorgente luminosa è posta all'infinito, per convenzione, si impongono i raggi luminosi provenienti da sinistra e inclinati con la medesima inclinazione della diagonale del cubo (35°15'53"). In questo modo sia sul piano verticale sia sul piano orizzontale i raggi appaiono inclinati di 45° rispetto alla linea di terra.
Le ombre in proiezione ortogonale aiutano a comprendere meglio lo sviluppo delle planimetrie: per questo motivo vengono talvolta prodotte planivolumetrie, speciali piante in cui viene applicata la teoria delle ombre.
In assonometria, quando la sorgente luminosa è posta all'infinito, per rappresentare un'ombra è necessario individuare due vettori complanari: il vettore inclinazione r, e il vettore direzione r'. Questi vettori vengono fissati di volta in volta a seconda della resa grafica voluta. L'intersezione tra r passante per un punto P; e r' passante per il punto P' (proiezione di P sul piano orizzontale) determina P*, cioè l'ombra portata del punto P.
In prospettiva, quando la sorgente luminosa è posta all'infinito, per determinare l'ombra di un solido vanno imposti due centri proiettivi S e S'. S determina l'inclinazione del raggio luminoso passante per il punto di vista, ed è collocato sul quadro prospettico. S' è la proiezione della sorgente luminosa S sulla linea d'orizzonte, e determina la direzione dei raggi luminosi.
L'ombra di una conica delta su un piano α, può essere interpretata in due modi:
L'ombra di una conica delta su una quadrica non degenere K, in generale viene interpretata come una quartica intersezione tra un cono luminoso avente come base la conica Delta, con la superficie K che riceve l'ombra.
Ombra propria e portata di una sfera e l'ombra di un punto su di essa, in assonometria cavaliera militare.
Una volta che abbiamo finito di rappresentare la sfera in assonometria cavaliera militare (vedi figura ) e anche il punto P, e stabilita la direzione del raggio luminoso l e la sua prima proiezione l1, passiamo a determinare in ordine l'ombra del punto P sulla sfera e poi l'ombra propria e portata della sfera.
L'ombra di un punto P su una superficie si determina come punto d'intersezione P* (leggasi ombra di P) tra il raggio luminoso l, passante per P, e la superficie.
Prima di iniziare trovare in assonometria l'ombra, con sorgente posta all'infinito, del cono e l'ombra del punto P sul piano di base π1 (P*π1).
Per trovare l'ombra del punto P sulla conica non è sufficiente solo il raggio luminoso l ma almeno due piani che con la loro intersezione possano determinare in modo univoco la posizione di l. Uno di essi è il piano passante per l e perpendicolare al piano di base π1, l'altro sarà un piano inclinato passante per l e per il vertice del cono. Tra i tanti piani che intersecano il cono è utile prendere proprio quello passante per il vertice perché è l'unico che intersecando il cono andrà a formare una sezione conica degenere: due segmenti che congiungono il vertice alla base, cioè apotemi nonché generatrici del cono. Il problema generale può essere dunque formulato così: trovare la giacitura del piano λ (in questo caso piano di luce) passante per una retta (raggio luminoso l passante per P) che seziona un cono K secondo due generatrici.
Per individuare il piano λ sono necessarie due rette complanari. Una di tali rette è il raggio luminoso l. La seconda retta è la prima traccia di λ che giace sul piano di base π1, passa per il punto P*π1 e per il punto ombra del vertice (V*). Quest'ultima retta individua sulla circonferenza di base due punti (uno di questi denominato R nella figura): basterà collegare R al vertice per individuare una delle generatrici del cono.
Una volta determinata una delle due generatrici del cono, è sufficiente individuare il punto d'intersezione P* (ombra di P) tra il raggio luminoso l passante per P e una di queste due generatrici.