一种面向虚拟环境的真实感水波面建模算法

给出了一种新型的模拟真实感水波面的建模算法．引入Perlin噪声作为水面高度场动态变化的激励源，依靠噪声的平滑特性来模拟水面连续动荡变化的效果．为了避免对每个水面网格点进行噪声计算，使用了准均匀B样条曲面来构造水波面，将噪声施加于B样条曲面的特征控制点，间接地控制水面高度场，这样在不增加噪声计算量的情况下可以对水面进行高分辨率的细分，而B样条曲面的生成速度依靠图形硬件的加速功能得以保证．用独立于视点的Cube Map纹理映射技术模拟了水面的反射效果，用跟踪视向量对应的折射向量的方法模拟了折射效果．实践证明，用该算法模型在普通PC平台上即可实时模拟真实感水波面．     

一种云场景的实时渲染方法

探讨了真实感云场景的模拟技术,设计了一种云场景的实时渲染方法。基于Perlin噪声建模生成云浓度图,并采用考虑浓度的Phong光照模型与单向散射光照模型,分别计算反射光和透射光,改善了传统方法无法真实反映不同角度太阳光照的问题,实现了不同时段动态云场景的绘制。通过引入基于GPU的Bumping纹理算法与Render-to-Texture技术,极大提高了云场景的渲染速度。实验结果进一步表明该方法能够同时满足真实感与实时性两个方面的要求。     

大规模真实感固流交互实时绘制方法

针对大规模水面固流交互模拟过程中物体运动和水波扩散不真实且实时性差的问题,提出一种大规模水环境实时交互绘制方法.首先采用分区模拟的方法取代传统的整体高度细节方法,实时模拟大型水域环境,降低计算复杂度;然后在物体运动过程中引入波浪力,结合自定义风力因子实现物体随波逐流的运动效果;在交互波生成过程中,引入正态分布函数对物体三角形面片进行计算,以增强水面波生成的真实感;最后采用结合流体黏度和表面污染形成的衰减公式来改进波动方程,使水波扩散效果更加平滑稳定.实验结果表明,在保证实时性的基础上,该方法能更真实地模拟物体在水面上的运动,同时有效地表现交互过程中水波的生成与扩散过程.     

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。     

基于OpenGL的雨滴水波三维仿真

该文对雨滴水波的仿真包括雨滴在空中的运动状态和雨滴滴在水面上形成的水波的运动状态。在分析以往雨滴仿真技术存在缺点和不足的基础上,提出区域采样法和OpenGL技术对以往技术进行改善。具体做法是：①用该文推出的区域采样法水波数学模型替代以往复杂的水波数学模型,以减少计算量,降低编程难度;②用OpenGL的三角形图元及纹理坐标功能显示雨滴水波,用其纹理映射技术映射雨滴场景,实现三维真实感效果。从仿真的结果看,该算法和实现技术实现了对雨滴水波三维实时仿真并且提高真实感的目的,对提高影视制作及军事战场模拟中的雨滴水波的画面质量具有重要意义。     

基于Perlin噪声的海面仿真在Vega Prime中的应用*

针对Vega Prime自带海洋模块中海浪随机性不强和海面网格划分简单的不足,以OpenGL为基础将基于Perlin噪声的海面仿真应用到Vega Prime中。Perlin噪声的生成采用计算机运算最快的位运算方法,减小海面高度场的计算时间;通过采用投影网格的方法实现视点相适应网格的计算,生成自然的投影网格,并利用CG对显卡编程进行实时光照渲染。测试结果表明该方法的帧数大于Vega Prime(version 2.2)中自带海洋模块的帧数,弥补了Vega Prime自带海洋模块的不足,增强了海面场景的实时性     

基于Unity的船浪实时交互运动可视化系统

为解决现有航海模拟器中船浪运动分离导致的视景感受体验差的问题, 开发了一套船浪实时交互的船舶运动可视化仿真系统. 通过海浪谱建模技术构建海面波浪运动场景; 在建立船舶受力模型的基础上, 通过检测船舶与水面的碰撞实现船舶对波浪力的响应以计算船舶对波浪运动的实时响应姿态变化; 同时为增强仿真系统的真实感, 使用波动公式计算船舶与水体碰撞产生的水波及其扩散增强模拟真实感. 船浪运动耦合的航海模拟器与传统航海模拟器相比, 在大海况条件下能够为使用者提供更加真实的视景与运动体验. 研究成果视景真实感强, 船浪交互实时性好, 对于恶劣航海条件下的航海过程有良好的仿真效果.     

水波现象的光学模型及其三维仿真研究与应用

水波现象因涉及到复杂的物理过程一直是计算机图形学研究的热门领域，也是具有相当难度的。通常运用光线追踪、求解复杂的微分方程来模拟水波复杂的物理、光学现象，但这种精确的模拟方法渲染一帧往往要好几个小时。本文充分利用当今3D硬件的可编程能力，用Perlin噪声函数建立水波物理模型、立方体环境映射等技术建立水波光学模型，尽管这种方法建立的水波模型并非很准确，但视觉效果较为逼真，很适于仿真、游戏等实时性要求很高的应用领域     

基于模型的海浪模拟仿真

在计算机图形学领域,自然景物的模拟一直都是一项研究重点.由于不规则性和随机性,要对水波特别是波浪进行逼真地模拟较为困难.研究了借助几何模型模拟自然界中海浪的运动,通过图形学中的真实感处理,得到逼真的海浪波动效果.在研究过程中首先是建立简单的海浪模型,通过辅助衰减函数将其改进,以符合海浪运动的物理规律,同时加入了动态变化的影响因子以增加海浪运动的随机性.结果表明,该模型可以较为真实的模拟海浪的基本运动.     

基于真实能量衰减方程的水面特效模拟

针对现有水面特效模拟方法模拟常见三维场景中水面波动真实感较差的问题,提出了一种基于真实能量衰减Gerstner波模型的水面特效模拟方法.对Gerstner波的数学模型和参数进行了分析,通过对真实水波传播过程中能量损耗的研究,引入衰减因子α,建立崭新的振幅随时间衰减的方程,将此方程代入Gerstner波模型模拟水波;引入反射率与透明度以适应不同的环境与水体.实验结果表明,该模型可以呈现更加真实的水面波动效果.     

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。     

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.     

三维树木随风运动真实感模拟

提出了一种真实感较强的模拟树在风中摇曳的方法。该方法采用I、系统建立树的有限元模型。引入Pcrlin 噪声函数建立具有自然风的1/f波动特性的风速模型;采用材料力学中梁的运动模型模拟枝干受风力弯曲。详细分 析了树对风的遮挡:枝干遮档和叶子遮档,即风场与树之间的“流固藕合”现象,特别是在处理枝干遮挡过程中,采用了 流体力学中的圆柱绕流模型。实验结果表明,该方法模拟的风吹树动效果逼真,可以达到实时显示的效果。     

基于分形的多分辨率三维海浪实时仿真

海浪的实时仿真与传统的计算机真实感图形的主要区别是,它将绘制的实时性和真实感同时作为衡量系统有效性的重要指标。论文跟踪了国内外海浪仿真前沿,结合具体的工程需求和软硬件环境,通过建立数学模型,基于海浪的分形特性,提出并实现了满足模拟飞行训练需要的多分辨率三维海浪实时仿真。在编程中,对实时性进行了研究并提出了相应的对策,较好地满足了实时性要求。文中提出的海浪实时仿真方法和关键技术,既可为模拟飞行训练提供一个虚拟海战场环境,又可为其它自然景物仿真提供经验和方法。     

一种实时的3D动态海洋模拟新方法

海浪模拟是航海模拟器和海洋数值计算中非常关键的技术，直接影响到整个系统的真实性和可行性，但是实时模拟真实的海洋、湖水表面是非常困难的。文章设计了一种新的海浪模拟方法，即首先建立了新颖的海浪模拟的基本构架；然后提出了一个高性能的基于统计模型与FFT的波浪生成方法；最后研究了船舶在海浪中航行的各种特殊效果。实验表明该方法有着非常明显的改进效果。     

Fourier Synthesis of Ocean Scenes

Considerable interest in scene synthesis has focused on fractal techniques such as 1/f noise filtering. However, these techniques produce poor synthetic ocean scenes. A superior technique is presented here that used an empirical sea spectrum model to represent a fully developed sea in nautre. A computer program has been written whereby a user supplies a wind velocity, and a two-dimensional Fourier-domain filter is created whose shape is decribed by the modified Pierson-Moskowitz spectrum. A white-noise image can then be filtered and rendered with a ray-tracing algorithm to produce a realistic ocean scene. Wave motion may be invoked by manipulating teh phase of the Fourier-transormed white-noise image. Several phase-manipulating techniques have been implemented.     

海洋环境视景仿真方法研究

针对海洋工程领域仿真可视化的需求,系统研究了海洋环境的视景仿真方法。以三维图形高层开发环境——Vega软件为开发平台,基于honguet-Higgins海浪模型和纹理映射实现了动态海面仿真;基于“Environment Effect”仿真模块生成了海空效果,并设计运动路径,在场景中添加了飞翔的海鸟;利用三维建模、雾化、粒子系统等方法模拟了水下空间效果,利用Creator创建了海底地形模型,通过循环纹理映射实现了海底闪烁光斑的显示;对舰船尾流特效进行了仿真,并概述了各种海洋特效的仿真方法。应用于基于微机平台的虚拟海洋战场实时视景仿真软件中,生成的图像逼真,帧频高于30帧／秒。