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基于统计模型和GPU的实时海浪模拟研究

作　者: 陈志伟
导　师: 马小虎
学　校: 苏州大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 海浪模拟 投影网格 统计模型 CUDA GPU编程
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 216次
引　用: 2次
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内容摘要


海浪模拟一直是计算机图形学领域中的一个研究热点和难点。在很多的三维游戏、模拟训练和影视特效中,大规模、逼真的海浪场景成为不可或缺的重要内容。海浪模拟涉及的范围十分广阔,并且海浪运动规律十分复杂,受到自然界中各种力的作用与影响,因而很难用合适的模型来描述。同时,海浪作为动画场景的背景,对其真实感和实时性也有较高的要求。所以研究海浪运动模型,实现海浪实时模拟有非常重要的意义。海浪模拟的关键是模拟海浪的运动过程和对海浪的真实感绘制。在一些交互性要求比较高的场景中,实时性也是一个重要指标。本文以统计模型的海浪模拟为基础,利用CUDA的并行计算和图形硬件的可编程性,实现了实时的海浪模拟。本文的主要研究工作如下:1.以快速傅立叶变换方法生成海浪表面的算法为基础,利用NVIDIA公司的通用图形处理器的高级编程工具CUDA,将FFT运算从CPU移至GPU上执行,提高了海浪高度场的生成速度。同时,还将并行计算运用到了频谱和顶点法向量的生成中,大大减少了GPU和CPU之间的数据传输。2.在划分海面网格时,为了提高渲染效率,通常采用细节层次技术。本文论述并实现了另一种海面网格生成方法——投影网格算法。这种方法是用规则网格经过“投影”后产生的网格替代传统方法中世界空间里的矩形规则网格,使得网格采样过程符合人眼视觉系统。3.在绘制海浪时,充分利用图形硬件的可编程技术和顶点、向量、纹理、顶点索引缓冲区技术,实时绘制了真实感很强的海浪。

全文目录


中文摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章 绪论  8-14
  1.1 研究背景  8-9
  1.2 国内外海浪模拟的发展和现状  9-11
  1.3 基于GPU通用计算的发展和现状  11-12
  1.4 论文的主要内容和组织结构  12-14
第2章 海面投影网格算法  14-23
  2.1 海面网格划分简介  14-15
  2.2 投影网格概念  15-16
  2.3 投影原理  16-17
  2.4 投影异常及解决方法  17-20
  2.5 主要算法  20-22
  2.6 实验结果  22
  2.7 小结  22-23
第3章 基于统计学的海浪模型  23-38
  3.1 海浪统计学模型的定义  23-24
  3.2 统计学模型算法  24-28
    3.2.1 弥散关系  24-25
    3.2.2 Phillips频谱方程  25-26
    3.2.3 卷浪模型  26-28
  3.3 统计学模型的算法实现  28-37
    3.3.1 基于CPU的频谱计算  28-29
    3.3.2 基于CPU的2D FFT实现  29-32
    3.3.3 CUDA及其编程模式  32-34
    3.3.4 基于CUDA的频谱计算  34-35
    3.3.5 基于CUDA的2D FFT实现  35-36
    3.3.6 实验结果  36
    3.3.7 两种方法的性能比较  36-37
  3.4 小结  37-38
第4章 实时海浪绘制和场景渲染  38-55
  4.1 环境纹理映射技术  38-40
  4.2 多重纹理  40-41
  4.3 GPU可编程处理器  41-43
    4.3.1 可编程顶点处理器  41-42
    4.3.2 可编程片段处理器  42-43
  4.4 光照模型  43-47
    4.4.1 光线反射  43-45
    4.4.2 光线折射  45-46
    4.4.3 光线反射和折射的实现  46-47
  4.5 雾景模拟  47-50
    4.5.1 雾产生的原理  47-48
    4.5.2 雾化因子的计算  48
    4.5.3 雾的实现  48-50
  4.6 实验结果  50-54
    4.6.1 实验环境  50
    4.6.2 渲染结果  50-53
    4.6.3 渲染优化  53-54
  4.7 小结  54-55
第5章 总结和展望  55-57
参考文献  57-60
攻读硕士学位期间发表(或录用)论文  60-61
附录A 海水绘制Vertex Shader代码  61-62
附录B 海水绘制Fragment Shader代码  62-63
附录C 部分实验结果彩图  63-65
致谢  65-66
详细摘要  66-68

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 计算机仿真
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