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交互式海洋动漫平台场景特效制作

作　者: 付浩生
导　师: 陈戈
学　校: 中国海洋大学
专　业: 地图学与地理信息系统
关键词: 虚拟现实场景特效面片鱼水刻蚀粒子系统海浪
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

现代虚拟现实技术起源于上个世纪六十年代,然而多年以前,虚拟现实技术一直作为一项高端技术应用于工业设计,航空航天,军事领域等,并没有对我们日常生活带来太大的影响。近十年来,硬件技术迅速发展,计算机得以普及,虚拟现实技术逐渐向民有领域渗透,对人们日常生活产生了巨大影响,作为虚拟现实技术的一个分支运行于PC上的桌面式虚拟现实系统将虚拟现实技术拓展到影视,娱乐,教育等日常生活中。基于PC的桌面式虚拟现实系统通常与用户短距离接触,具有良好的实时性与真实性才能让用户获得良好体验,以达到“虚拟现实”的效果。本论文以海洋场景模拟为主要研究对象,专注于虚拟现实系统中的“实时性”与“真实性”,介绍笔者在相关领域的一些研究成。并重点对以下几个方面进行详细讨论：1.对于鱼类的仿真：将鱼类分为两大类,鱼群与单个鱼,鱼群通常有成百上千条鱼组成,用户通常关注整体形态,而不是鱼群中的每条鱼。我们采用面片鱼对其进行仿真,以达到良好的实时性。对于一些需要表现细节的鱼,我们采用骨骼动画对其进行仿真。2.水刻蚀效果的仿真：水刻蚀是一种复杂的物理过程,按其物理原理进行仿真通常达不到实时性的要求,在这里我们采用动态纹理和投影贴图技术对其进行仿真。3.对于海底汽泡的仿真：构建了一个通用的粒子系统,根据汽泡在海底形态及受力情况对其进行仿真。4.海浪仿真：目前对海浪仿真主要使用正弦函数及傅立叶变换对其进行数学建模,都要进行大量的运算,在大场景中常常达不到实时性的要求。在这里,我们采用高度图对作为其高度数据的来源,计算量大大减少,此外,还有一个优点,针对不同天气海浪仿真,我们只要更换不同的高度图即可,而传统方法却需要重新对其构建数学物理模型。本文通过以上几方面的研究,对虚拟现实海洋场景的模拟进行了新的尝试,实现了虚拟现实与海洋动漫平台的结合。研究方法可以运用于对其它场景的仿真。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-18
  1.1 课题来源及研究意义  10-11
  1.2 国内外发展现状及其应用  11-15
  1.3 论文主要内容及相关技术  15-18
第二章平台分析与设计  18-24
  2.1 平台简介  18
  2.2 关键问题分析及解决方案  18-19
  2.3 平台采用的主要技术  19-23
    2.3.1 OpenGL图形库  19-21
    2.3.2 Shader语言  21-23
    2.3.3 CUDA技术  23
  2.4.3 硬件要求  23-24
第三章鱼类仿真  24-36
  3.1 针对复杂行为的鱼类生命仿真  24-30
    3.1.1 骨骼动画原理  24-28
    3.1.2 鱼类与环境互动原理  28-29
    3.1.3 鱼类骨骼控制器模型  29-30
    3.1.4 鱼类生命仿真  30
  3.2 鱼群的仿真  30-36
    3.2.1 面片鱼的数学模型  31-32
    3.2.2 面片鱼的数据更新  32-33
    3.2.3 对面片鱼进行碰撞检测  33
    3.2.4 面片鱼适用情形  33-36
第四章海洋环境仿真  36-60
  4.1 水刻蚀效果仿真  36-45
    4.1.1 水刻蚀仿真工作原理  38
    4.1.2 纹理贴图的准备  38
    4.1.3 纹理坐标的计算  38-39
    4.1.4 纹理坐标自动生成  39-40
    4.1.5 动态贴图加载  40
    4.1.6 纹理变换矩阵  40-42
    4.1.7 消除背投影  42
    4.1.8 实验结果  42-44
    4.1.9 结论与展望  44-45
  4.2 海底汽泡仿真  45-57
    4.2.1 粒子系统工作原理  45-46
    4.2.2 粒子系统的构造  46-47
    4.2.3 粒子的生成  47-48
    4.2.4 粒子的属性  48-49
    4.2.5 粒子出生地点  49-51
    4.2.6 粒子的速度  51
    4.2.7 粒子的更新  51-52
    4.2.8 粒子死亡  52-53
    4.2.9 海底汽泡  53-57
  4.3 海浪仿真  57-60
    4.3.1 海面纹理处理  57-58
    4.3.2 海面波动的插值  58
    4.3.3 优缺点分析  58-60
第五章总结与展望  60-62
  5.1 总结  60
  5.2 展望  60-62
参考文献  62-64
个人简历  64
发表文章情况  64-65
致谢  65

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