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基于基波模型的风场驱动海面场景仿真研究

作　者: 陈思潭
导　师: 李衷怡
学　校: 华中科技大学
专　业: 空间信息科学与技术
关键词: 基波模型海洋场景仿真风场驱动实时渲染
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 6次
引　用: 0次
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内容摘要

真实感的实时海洋场景仿真技术一直以来都是计算机图形领域研究的热点和难点。海洋场景的仿真不仅在虚拟现实、视频游戏、影视广告中有广泛的应用价值，同时对水力学，波动力气、气象学、海洋学也有重要的学术意义。本文在深入研究已有的大规模海洋场景仿真技术的基础上，提出了基于基波模型的海浪建模算法，并以此为基础进一步研究了一种广阔视野的风场驱动的全海域场景实时仿真方案。基于基波模型的海浪建模算法使用粒子系统的思想，将海面的波动看作是大量的独立的基波粒子运动和叠加的结果。算法通过模拟大量基波粒子的运动，再将其高度场叠加，得到海面高度场。该方法的优势在于通过风场作用于每一个基波粒子，可以将风场的状态传递到基波粒子的运动当中，而基波粒子的运动又合成了海面整体的波动，从而建立了风场对海面的驱动。本文实现的广阔视野的海洋场景，包括了岛屿、近海和深海。深海的动态高度场通过基波模型动态渲染得到，并叠加噪声和细节提升真实感；在近海区域叠加了参数化纹理化的近岸浪以高效的实现拍岸浪效果，岛屿的高度场和近岸地形信息则是通过预处理一张表示陆地海拔的灰度图来导入。这些高度场最终以置换贴图的方式融合到一个基于四叉树的LOD大地形网格上。在顶点着色程序中，使用顶点纹理拾取的方式获取各种高度数据，通过比较陆地海拔和海面高度来区分三种地形类型，再使用不同的资源和程序片段进行绘制。在像素着色程序中，本文模拟了海水的反射，散射，透明等光学特性，并实现了水面泡沫效果。因为所有的绘制都在统一的流程下处理，所以本文能很好的处理不同区域之间的平滑过渡，并使总开销最小化。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
绪论  9-15
  0.1 课题的研究意义  9
  0.2 国内外研究现状  9-11
  0.3 本文的研究内容  11-13
  0.4 本文的组织安排  13-15
1 基于基波模型的海浪构建算法  15-32
  1.1 算法的思想  15-16
  1.2 基波的定义  16-21
  1.3 基波粒子的管理  21-24
  1.4 基波的叠加  24-29
  1.5 扩展无限视域的海面  29-32
2 近岸海域建模技术  32-40
  2.1 岛屿和浅海的海拔图  32-33
  2.2 参数化的近岸浪模型  33-35
  2.3 参数提取  35-38
  2.4 实现效果  38-40
3 海面高度场的合成  40-51
  3.1 基本的海洋场景合成方案  40-42
  3.2 混合基于 Perlin 噪声的高度场  42-47
  3.3 叠加基于线性波的高度场  47-50
  3.4 改进效果  50-51
4 三维海洋仿真系统的实现  51-69
  4.1 大规模地形网格的生成  51-53
  4.2 从高度图到法向量  53-59
  4.3 海洋光照模型  59-67
  4.4 程序流程  67-69
5 总结与展望  69-71
  5.1 研究工作总结  69
  5.2 研究工作展望  69-71
致谢  71-72
参考文献  72-76

基于基波模型的风场驱动海面场景仿真研究

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