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基于OpenGL虚拟海洋环境仿真

作　者: 尹宝瑞
导　师: 黄胜
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 船舶与海洋结构物设计制造
关键词: 海洋环境仿真海浪谱 OpenGL 模型导入
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 162次
引　用: 3次
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内容摘要

近年来,大规模海洋场景的绘制越来越受到各领域科研工作者的关注。在民用方面,对海洋场景的实时绘制已经成为计算机游戏、动画制作、电影制作和工程应用方面强有力的辅助工具;在军用方面,海洋仿真技术为各国海军战斗人员提供经济、安全、可靠的训练环境;在科研方面,海洋仿真可以把抽象的、专业的图表和数据转化成直观的动画,为船舶设计人员提供帮助。本文深入研究了基于海浪谱和3D Gerstner波的海洋场景绘制方法以及将三维模型导入海洋场景中的方法。在理论基础方面,确定了海浪谱、方向谱和3D Gerstner波的模型形式以及通过海浪谱反演确定波浪方程中各参数的方法,阐述了用于海浪表面高度场不规则化处理的Perlin Noise函数的基本理论;在波浪绘制方面,调用OpenGL库函数和基于面向对象的编程思想,通过点、线、面的绘制对几何和物理模型进行了编程实现,利用纹理映射、混合和Mipmap等后处理技术对海面进行渲染,并将天空和岛屿加入,使场景更加逼真。在模型导入方面,本文利用3ds Max构建格式为3DS的三维模型,深入研究了3DS的文件格式并用两种方法将三维模型导入场景,使场景内容更丰富,程序应用范围更广。最后,通过对仿真工程进行实验,对一些数据和效果进行对比。验证了仿真的实时性和程序的稳定性。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第1章绪论  11-20
  1.1 本文的背景和意义  11-12
  1.2 计算机仿真与可视化  12-15
    1.2.1 可视化仿真的发展历程  12-15
  1.3 海洋环境仿真综述  15-16
  1.4 海洋环境三维可视化仿真的实现方法  16-19
    1.4.1 可视化仿真的开发平台  17
    1.4.2 图形库  17-18
    1.4.3 专业建模软件  18-19
  1.5 本文的主要内容  19-20
第2章波浪仿真的理论分析  20-35
  2.1 3D Gerstner 模型  21-23
  2.2 海浪谱  23-25
    2.2.1 常用海浪谱模型  23-25
  2.3 方向谱  25-26
  2.4 参数设定  26-30
  2.5 海浪表面高度场的不规则化处理  30-34
  2.6 本章小结  34-35
第3章基于OpenGL 海洋环境实现  35-60
  3.1 计算机图形学  35-36
    3.1.1 计算机图形学概述  35-36
  3.2 OpenGL 简介  36-40
    3.2.1 OpenGL 概述  36-37
    3.2.2 OpenGL 的函数库  37-38
    3.2.3 OpenGL 的主要功能  38-39
    3.2.4 OpenGL 的工作流程  39-40
  3.3 OpenGL 在Windows 环境下的使用方法  40-45
    3.3.1 设置开发环境  40-41
    3.3.2 构建OpenGL 程序框架  41-45
  3.4 海洋场景的设计与实现  45-58
    3.4.1 计算网格节点  45-47
    3.4.2 波高的不规则化处理  47
    3.4.3 波面的绘制和渲染  47-55
    3.4.4 海洋岛屿的建模与渲染  55-57
    3.4.5 天空背景的绘制  57-58
  3.5 本章小结  58-60
第4章三维模型的建立与导入  60-82
  4.1 三维模型的建立与导入方法概述  60-65
    4.1.1 常用三维建模软件的介绍  60-61
    4.1.2 使用专业建模软件3ds MAX 建造模型  61-64
    4.1.3 三维模型的导入方法概述  64-65
  4.2 3DS 模型的数据格式  65-72
    4.2.1 概述  65-66
    4.2.2 3DS 文件结构层次  66-72
  4.3 3DS 文件的导入方法  72-81
    4.3.1 船舶模型的导入  72-75
    4.3.2 飞机模型的导入  75-79
    4.3.3 3DS 模型在场景中的渲染  79
    4.3.4 三维模型的位置调整  79-81
  4.4 本章小结  81-82
第5章仿真实验与结果分析  82-89
  5.1 不同风速下的海洋场景  82-85
  5.2 Perlin Noise 函数的影响  85
  5.3 仿真场景的视角变换  85-86
  5.4 影响仿真速度的因素  86-87
  5.5 本章小结  87-89
结论  89-91
参考文献  91-95
攻读硕士期间发表的论文和取得的科研成果  95-96
致谢  96

基于OpenGL虚拟海洋环境仿真

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