虚拟海洋场景的实时模拟研究与实现

为了提高虚拟海洋场景的实时性和真实感,提出了用多重Perlin噪声的叠加和波浪粒子相结合的方法建立实时海洋动画系统.该系统采用Perlin噪声和投影网格绘制技术模拟海面几何形态;并采用Perlin噪声和波浪粒子来跟踪水波的运动,从而快速、简便地实现了水上物体运动产生的水波特效;在光影效果上加入纹理技术建立光照模型,生成了复杂的、真实感强的海洋场景.仿真实验结果表明,该方法适用于大多数流体的模拟,渲染的海洋场景具有很好的真实感和时效性.     

基于屏幕空间的海洋仿真的研究与实现

针对海洋模拟仿真中真实性和实时性难以均衡的难题,提出一种基于频谱统计模型和Perlin噪声模型对海浪建模,应用快速傅里叶变换(FFT)生成高度场并与Perlin噪声高度场线性混合的方法。把在屏幕空间生成的高度场网格点通过算法投射到世界空间生成合适的网格,利用统一计算设备架构(CUDA)高效的并行计算能力把复杂的模型数据转移到图形处理器(GPU)中进行处理。实验结果表明,该方法在保持场景真实性的同时,有效降低了计算复杂度,提高了绘制实时性。     

基于Vega Prime的环境特效与爆炸特效实现技术

为了提高仿真的逼真程度,本文介绍了Vega Prime采用粒子系统来模拟环境特效,Vega Prime提供了简单易用的编辑粒子系统特效的图形化用户模块,即Lynx Prime。根据该模块重点研究特定粒子系统的生成、属性及运动模型上。并在Vega Prime基础上阐述了爆炸特效的实现技术。     

面向虚拟环境的真实感漫游湖面建模算法

提出了一种面向虚拟漫游的太湖湖面建模算法。引入了Johanson投影网格法,避免了多分辨率LOD的龟裂问题,将视空间里生成的网格投影到世界空间中。为了提高渲染效率,避免对投影到世界空间中的每个湖面网格点进行噪声计算,采用了准均匀B样条曲面来构造湖水水面,将Perlin噪声施加于B样条曲面的特征控制点,间接地控制水面高度。依靠图形硬件的加速功能保证了B样条曲面的生成速度。实验表明,用该算法可以在普通PC平台上实时模拟漫游太湖的真实场景。     

Vega Prime之声音模块程序设计

结合实例,介绍在Vega Prime虚拟场景中,声音模块的程序设计方法,使用VC++2008编写测试程序,给出相关代码并在Vega Prime 5.0、Windows XP SP3下测试通过.     

Vega Prime之OpenGL文字显示程序设计

采用Vega Prime与OpenGL混合编程的方法,在Vega Prime虚拟场景中,实现用OpenGL代码显示文字和绘制十字丝。结合实例讨论了Vega Prime与OpenGL混合编程以及OpenGL显示文字的方法。     

Vega Prime之SpeedTree模块程序设计

SpeedTree模块能够在实时帧率下进行真实感植被景观的定义与渲染,生成具备碰撞映射、阴影和精细纹理的植被效果。结合实例,介绍了Vega Prime中SpeedTree模块的基本程序设计方法,在此基础上可以开发SpeedTree模块的具体应用。     

基于HLA的分布式导弹攻防视景仿真系统

HLA和虚拟现实相结合,使得通过计算机生成的综合环境具有真实感,具有较高的可信度.文中基于新一代实时视景仿真软件平台Vega Prime和HLA仿真支撑平台MAK RTI设计开发了导弹攻防视景仿真系统.介绍了导弹攻防仿真大系统的总体框架,视景仿真系统的功能设计以及联邦通信,给出了程序流程.最后针对Vega Prime自带特效无法达到导弹攻防可视化要求的现状,实现了Vega Prime下调用OpenGL函数来表现特效这一关键技术.与导弹攻防仿真大系统的联调表明,该系统逼真流畅地演示出仿真系统作战想定的全过程,并且满足系统仿真的实时性要求.     

Vega Prime之路径模块程序设计

结合实例,讨论在Vega Prime虚拟场景下路径模块的程序设计方法,使用VC++2008编写测试程序,给出相关代码,并在Vega Prime 5.0、Windows XP SP3下测试通过。     

Vega Prime之虚拟纹理模块程序设计

结合实例,讨论了在Vega Prime虚拟场景中虚拟纹理模块的程序设计方法,使用虚拟纹理替换地形上的标准纹理,实现在仿真期间控制给定地形的图像的分辨率.程序在Vega Prime 5.0、Windows XP SP3下测试通过.     

OpenGL在Vega Prime开发环境中的应用研究

分析了Vega Prime在视景仿真中相对于Vega的改进之处,讨论了基于Vega Prime的视景仿真框架,针对Vega Prime在视景仿真系统开发中对某些特效表达存在的困难,提出将OpenGL引入到Vega Prime中的方法,通过分析Vega Prime中的事件发布订阅机制,阐述了Vega Prime开发平台与OpenGL相结合的关键技术及开发方法,并将其应用于水下武器对抗视景仿真系统中的鱼雷自导声波显示和武器实体间通信链路可视化过程中,应用结果表明视觉效果逼真,弥补了Vega Prime在基本图形显示上的缺点,取得了良好的应用效果.     

卷浪的真实感建模与绘制

巨浪的真实感绘制是计算机图形学的热点和难点之一。从浪的物理特性出发,绘制出较逼真的大规模实时卷浪场景。将卷浪的模拟分成基本波面和卷曲波面模拟。首先基于三维Gerstner海浪模型,加入Perlin噪音扰动来构建海浪的基本造型;然后采用基于物理的NURBS卷浪曲面生成算法,构建3D卷浪曲面库;随后动态搜索波面波峰,用卷浪曲面取代海面波峰,将卷浪曲面与初始波面无缝拼接;考虑不同风速与浪的交互作用,并采用相关真实感绘制技术,最后实现了不同情况下的大规模卷浪场景。     

基于粒子系统的海洋环境仿真

随着计算机仿真技术的不断发展, 海洋环境仿真在许多领域有着越来越广泛的应用, 但是如何生成一个逼真的海洋环境一直是困扰着我们的关键问题. 详细分析了海洋模型和艏浪特效的仿真, 采用了Visual Studio 2003.net和Vega Prime软件, 在开发过程中加入了粒子系统, 仿真出比较逼真的海洋环境, 给人以身临其境的感觉.     

近岸水域的波浪与水面仿真

近岸水域由于受地形的影响,其波动呈现出与地形等高线垂直的趋势.已有的海面仿真与绘制算法未能实现近岸水域的逼真模拟.文中通过对方向频率谱模型的分析,提出了波浪方向分布函数的分解模型;在已有的基于多分辨率网格和噪声分形面的海面仿真算法框架下,实现了深海水域到近岸水域的过渡以及近岸水域的模拟.实验表明,该方法适合大规模自然场景应用中的水域仿真,其绘制效果逼真性好,绘制速度较快(50FPS以上),能满足交互式应用的需求.     

基于Vega Prime的视景仿真技术研究与应用

文章针对Vega Prime视景仿真技术相对于Vega的改进之处,设计了基于Vega Prime的视景仿真框架,重点研究了四个方面内容：运动模型和仿真对象的特点及两者之间的驱动关系、坐标系统和不同坐标系之间的转换机制、碰撞检测器的原理和碰撞检测的方法、用于模拟环境效果的”天历表模型”和模拟特殊效果的粒子系统等等。论文解决了基于Vega Prime的视景仿真技术涉及的诸多关键技术,为Vega Prime在实践中的有效应用打下良好基础。最后,论文还分析了基于Vega Prime的场景漫游过程,并把文章研究的相关理论应用到实践。     

基于Perlin噪声的高分辨率地形仿真方法

高分辨率地形数据是虚拟现实、军事可视化仿真等方面研究的重要素材,地形的精细、逼真程度,直接影响到仿真的效果.但分辨率很高的地形数据难以直接获取,一种典型的解决方法是采用特定算法在低分辨率数据的基础上生成仿真地形数据.Perlin噪声具有分形、频率振幅可控等特点,通过不同频率的三维Perlin噪声叠加,可以生成不同细节程度的地形数据.将Perlin噪声模型应用于从低分辨地形数据构造高分辨率地形数据,可以较好地模拟原始地形的地理特征,具有较高的保真度.文章基于Perlin噪声模型设计、实现高分辨率地形重构算法,并采用可视化仿真的方法对该方法和简单随机噪声方法进行检验,仿真结果表明该方法能够更好地满足要求.     

Vega Prime结合OpenGL的导弹尾焰实时模拟

研究基于Vega Prime的导弹作战系统仿真实验,针对使用Vega Prime的粒子特效模拟高速飞行导弹尾焰会出现尾焰不连续而影响仿真可视化效果的问题,提出将Vega Prime与OpenGL相结合的方法.基于粒子系统基本原理,对导弹尾焰进行建模;依据Vega Prime的事件发布订阅机制将OpenGL引入到Vega Prime中.模拟的尾焰形态逼真,动感十足,满足仿真实时性与真实性要求,解决了Vega Prime模拟导弹尾焰存在缺陷的问题.     

大规模海浪场景的真实感绘制

针对计算机图形学中大规模海浪场景绘制的难题,提出一种实时绘制高真实感海浪的方法.首先提出同心圆网格模型来模拟海浪表面;然后利用基于GPU的快速傅里叶变换方法生成海浪高度图,并模拟了Choppy波,减轻了磁砖效应.分别采用立方体纹理映射、平面反射及Phong镜面反射技术模拟海面对天空、景物、太阳的反射效果,并在海面的折射效果中考虑了海水深度的影响.最后模拟了海浪中的泡沫以及景物在海面上的阴影效果.该方法已成功地应用在航海模拟器中.