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.     

三维随机海浪实时模拟方法研究

分析比较了当前两种比较完备的线性海浪理论,在随机海浪模型基础上设计了一种三维海浪实时模拟方法.利用快速傅立叶变换(FFT)算法进行数值加速计算,完成了海浪的三维造型;研究了基于OpenGL的图形绘制原理,引入顶点数组渲染图形的方法完成了海浪波面的绘制;采用多线程机制使得海浪的数值计算和三维显示能够同步进行.在此基础上对天空以及海浪表面光反射效果进行了模拟,提高了视觉逼真度.通过测试发现,图像刷新频率达到30帧/秒,模拟效果良好.     

海浪模拟模型的研究

该文通过研究当今国内外比较成熟的海浪模拟模型,得出各单一经典模型优缺点,并在此基础上提出一种可控FBM模型对海浪进行模拟研究。可控FBM模型的基本思想是以分数维布朗运动曲面(FBM:Fractal Brown Motion)模型为基础,线性叠加使用Gerstner模型的海浪谱海浪模型。可控FBM模型既有FBM模型的良好随机性和快速计算能力,同时通过叠加三维Gerstner模型加入了波的特征,又具有了波易于控制、便于与用户设定参数相适应而产生不同海况的能力,提供灵活方便的用户控制接口,生成的海浪能够随参数的变化实时的改变状态,呈现出不同的海况以及合理的体现海面风对海浪的影响。可控FBM模型生成的海浪逼真度较好,能够模拟大面积的海面,改进效果明显。     

基于多波模型和多策略的真实海浪仿真研究

海浪运动随机性大、波谱范围宽,且涌浪波谱窄、能量大,是仿真大规模海浪的难点所在.针对难点问题,采用频率等分方法对海浪波进行区间等分分割,获取海浪真实性有效数据区域,提出了一种在Gerstner软件上扩展多波模型叠加LOD多情况绘制策略的海浪仿真模型.使用P-M波浪谱和SWOP观测数据求解真实海浪一系列参数,完成了海浪模型的真实造型;叠加LOD视点算法和多情况绘制策略解决了海浪模拟实时性问题.基于多波模型,设计了海浪仿真的UML类图,并运用Direct3D技术实现了海浪的实时仿真.实验证明,等分方法能够满足海浪真实场景实时仿真的要求,取得了较好的实验效果.     

基于GPU实时的大范围海水模拟

为了模拟出具有实时性和真实感的大范围海水场景,提出了一种绘制的方法,该方法使用了存在于投影空间的海面网格模型。同时,为了使海浪模拟的真实感更强,也未采用以往基于Perlin噪音的产生海浪高度图的方法,而是采用了更复杂的基于统计模型与快速傅立叶变换(FFT)的波浪生成方法。其次通过立方体纹理实现了海水对天空盒的反射效果,并运用Phone光照模型实现了海浪的反射。此外充分地利用了GPU硬件的特性和ping pong绘制技巧。实验证明该方法能快速模拟出实时、逼真的海水的场景。     

无粘性海浪实时绘制综述

根据是否考虑液体粘性,对海浪绘制进行分类,并对无粘性海浪实时绘制展开综述。无粘性海浪的绘制忽略了液体粘性,绘制结果能体现风的影响,且绘制实时性好。无粘性海浪的实时绘制可分为基于规则波的方法和基于不规则波的方法,真实的海浪可以视为随机过程,因此基于不规则波的方法较之于基于规则波的方法更接近实际情况。提出基于不规则波方法中可能的改进:对基于不规则波方法中所用的海浪谱进行改进,使绘制结果能体现风速、风距的影响。     

基于物理的海浪模拟综述

真实感流体的模拟是计算机图形学领域中研究的热点和难点之一,海浪模拟是流体模拟动画的重要组成部分,其真实感、实时性和交互性等直接影响到海面场景逼真的程度。重点回顾了基于物理的海浪模拟研究方法的发展,并对近年来海浪模拟的热点问题如波浪的翻卷和破碎、浪花的飞溅和泡沫、流固耦合、两相流和多相流的模拟进行了详细的分析,最后针对有限的系统资源与随着规模增长的计算资源之间的矛盾,重点讨论了加速策略。未来将结合多种模拟方法的优点,对海浪建模进行合理的简化,改善数据结构,并在此基础上实现GPU并行化,以满足实时仿真的要求,这将是基于物理的海浪模拟的发展方向。     

基于海浪谱的Gerstner波浪模拟

本文从海洋学现有的观测和研究成果出发，结合海浪的Gerstner模型，提出一种风力作用下的基于海浪谱的三维Gerstner海浪模型。首先，通过分析Gerstner模型各个参数的随机性，利用海浪谱和方向谱相关公式，获得固定风速下模型各随机参数值，建立固定风速下的海浪模型；然后，在此基础上进一步构造了基于海浪谱的风力模型，模拟了风力作用下的海浪；最后，采用基于视点的网格拓扑结构，实现了海浪的实时绘制。实验结果表明，该模型不仅能更真实地模拟海浪，还具有较好的交互性。     

潜艇在随机海浪中摇荡运动的仿真研究

该文采用PM随机海浪频谱来实时仿真长峰波随机海浪对潜艇的随机扰动,对潜艇在海浪中的横摇和纵摇运动进行了时域仿真,潜艇在海浪中的升沉运动则采用Hirom波浪力近似计算公式进行仿真计算。所采用的仿真方法已应用于六自由度潜艇操纵训练模拟器上,结果表明该方法能比较逼真地模拟各种海情下潜艇在海浪中的运动情况,仿真实时性好,仿真精度较高。     

基于GPU的海浪特效实时渲染

对于海浪特效的模拟能有效增强海洋场景仿真的真实感,模拟的实时性也是海洋场景仿真系统的重要需求之一.为了实现基于GPU的海浪特效实时渲染,以PM海浪谱为基础进行了研究,从而生成海浪高度场,并结合视相关反投影方法生成海浪网格,采用硬件着色器进行基于物理光照模型的实时光照处理,生成了具有较强真实感的海面效果,较好地满足了时渲染场景实时性和真实感的要求,达到了实时视景仿真系统中对海洋模块的实时仿真要求.     

基于纹理映射技术的实时波浪模拟

自然景物的模拟是近年来计算机图形学中具有挑战性的研究方向之一。波浪的模拟作为其中一个重要的组成部分受到越来越多的关注。本文从特定的波浪纹理出发,构造一个波浪函数来拟合相应的动态波浪曲面,通过在曲面网络上进行纹理映射来实现的波浪仿真,通过调整波浪纹理及波浪函数的初始值和相关参数可得到不同的波浪形态,结果显示这种方法能快速有效地模拟波浪。     

基于雷达仿真训练器的地面杂波算法

在雷达仿真训练器中,地面杂波的计算是比较复杂的。首先它与太多的环境因素有关,建模困难;其次近似计算比较多,误差大。为了解决地面杂波的仿真问题,通过对雷达方程的研究,并针对实际的地形数据,采用微积分的思想,将大面积的无规律的雷达截面积化为小地面的有规律的截面积进行叠加,从而提出了一种建模思路。实验结果也基本符合实际。     

海浪算法分析与设计

近年来,对三维水的模拟尤其是海浪模拟日益成为人们关注的焦点问题,逼真地再现三维海浪常常是电影、游戏等行业中要解决的的重点问题之一。本文采用了正余弦波形叠加和iWave两种方法进行海浪的模拟,为了达到更佳的效果,均对以上两种方法均进行了优化改进,最后对两种算法进行比较分析。     

基于谱的三维随机海浪数值模拟研究

为有效地模拟三维波浪,从已有的统计观测结果出发,应用P-M谱和SWOP方向函数的基础上,建立了风浪的三维随机波面数学模型,该模型采用多个随机余弦波叠加来模拟随机波浪曲面。最后利用Matlab实现了该算法,结果表明这种方法能有效地模拟三维随机海浪。     

基于波环粒子的实时水波仿真方法

为了降低水波模拟过程中的计算成本并提高其扩散现象的逼真度，提出一种基于波环粒子包的实时二维平面水波仿真方法。该方法采用波环粒子为基本计算单元，粒子内部继承“波包”的概念，使用多个频段水波叠加的方式再现水波视觉效果。在计算水波反射过程时，通过添加镜像波源的形式减少碰撞计算，避免复杂几何判定。为适应不同硬件的计算性能差异，该方法提供额外的计算精度参数，可针对不同硬件计算能力调节水波反射计算复杂度。实验结果表明，该方法可使用较少的粒子模拟出较为真实的水波运动，且避免了碰撞反射后水波断裂的问题。在相同硬件平台上的性能测试显示，所提波环仿真方法的渲染帧率比传统波包算法高出至少60%，在一些水波状态特别复杂的情况下可达到400%以上的加速效果。     

基于渐近线回归法的海浪波高仿真

导航雷达反演的海面信噪比与有效波高真值的数据量分布不均匀,会导致波高的拟合系数不准确,这是一直难以解决的问题。针对这一问题设计了一种新的渐近线回归方法,利用该方法可模拟大海浪下信噪比的开方与有效波高的比值,并生成新的拟合系数。通过仿真实验验证了该方法的有效性。首先对原始数据以及拟合曲线进行转换;然后通过设定误差范围,在转换后的直线两侧生成新的信噪比开方与有效波高比值。通过逆变换可得到有效波高的仿真数据。利用已有数据对该方法进行验证,证明该方法对原数据点的模拟度高,仿真结果符合波高数据的分布和变化规律。将仿真结果应用于海上试验,可大幅度保障船舶的安全航行。该有效波高数值对于大波高测量工作具有重要的数值参考价值。     

基于FLUENT振荡浮子式波浪能转换装置浮子的数值仿真

基于VOF模型,运用三种不同的造波方法建立了二维数值波浪水槽,并对其进行了比较,选取了在特定波况下较为合适的数值水槽。基于该数值波浪水槽,考察了波浪作用下的运动状态以及受力状态,为波能转换器的设计提供指导。     

基于FFT的海浪实时仿真方法

针对虚拟海战场仿真需求,提出一种真实感海浪的实时仿真方法。在改进Gerstner波形的基础上,构建海浪的基本模型,推导出海浪的离散FFT模型,并通过采样波数谱提取FFT模型所需参数。仿真结果表明,该方法用于大面积海浪的实时仿真时,能获得高度逼真的动画效果。     

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.