Auch auf die Gefahr hin, daß mein Gedanke dämlich ist:

Das getroffene Polygon ist ja immer ein Dreieck. Somit sollte es möglich sein, alle 3 Vertices und damit deren UVs zu ermitteln. Der Punkt, der tatsächlich auf dem Polygon getroffen wurde, liegt ja entweder genau auf einem der drei Vertices oder halt irgendwo innerhalb des Dreiecks.
Das Dreieck selbst ist immer eine Fläche und kann nicht gekrümmt werden. So könnte man anhand der Position des getroffenen 3D-Punktes im Verhältnis zur Position der anderen 3 Vertices das gesuchte UV-Paar berechnen.