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.     

海面场景虚拟仿真方法

虚拟自然环境的计算机生成是视景仿真领域的研究难点.在海洋作战视景仿真以及航海视景仿真中,海浪形态的模拟占据相当大的比重.文中重点研究了几种常用海浪视景建模仿真方法,并指出了各种方法的优缺点和适用场合.讨论了海浪建模中的LOD技术,以及海面环境中光照效果的模拟技术.指出了海面环境视景仿真进一步的研究方向.     

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     

基于球面的海浪建模与绘制技术研究

由于传统的海浪建模与绘制方法多是基于平面进行建模与绘制,较少细致考虑球面曲率对海浪建模和绘制的影响,因此无法在球形表面绘制出海浪在不同条件下形状、色泽等的变化。为了实现无界海洋的虚拟自由漫游,提出了一种考虑球面影响的、任意视点下的海浪建模与绘制方法,其核心是球面海洋模型和屏幕细分的自适应算法,同时基于海洋学知识以及解析几何和数字地球特点,首先解决和消除了模型生成中存在的计算量大和高纬度“压缩现象”等问题,并建立了球面海浪模型;然后,依靠可逐点计算的海浪生成模型,利用屏幕细分自适应算法将计算限制在与视点相关的可视球面海洋区域,并使几何分辨率依视点变化;接着采用“夹球”技术,解决了海面生成中存在的“边缘裂缝”现象;最后,采用GPU技术绘制出不同观察距离和方向下的真实感海浪场景,进而实现了用户在无界海洋上的自由漫游。     

利用星载SAR图像检测海洋锋的方法

海洋锋区剪切流、辐聚流与海洋表面波之间存在相互作用,将这种相互作用处理为对海浪谱的扰动,来分析其对海浪谱密度和谱梯度的影响;根据两尺度模型,分析了海面小尺度波(厘米级)和大尺度波(海浪)与雷达后向散射系数的关系,从而说明了海洋锋的SAR成像原理。在海面SAR图像中,海洋锋的尺度比海浪的尺度大2~3个数量级,可以通过二维空间谱分析,将海浪信息的主要部分滤除,再利用数字图像处理技术提取海洋锋的特征信息,由此形成了一套用海面SAR图像提取海洋锋特征参数的信息处理方法。     

低开销的海面模型

传统的海面模拟从提高局部海浪效果的角度出发,通过大量的类正弦波或噪声波的叠加来模拟连续的海浪,导致算法复杂度很高。针对该问题,提出了一种海面模拟模型LOSM（Low-consumption Ocean Simulation Model）,该模型分别对海浪和海洋整体运动进行独立建模,通过将模型函数进行叠加的方法,将两者有机地结合在一起建立海面模型;设计了海面模拟算法,采用凹凸映射方法进行海浪的模拟,采用少量小波幅的正弦函数叠加的方法模拟海洋的整体运动。实验结果表明,该方法不仅视觉效果良好,而且可节省大量的资源。     

一种CG渲染实时海水的方法及实现

基于海洋统计模型,通过傅立叶变换将海浪谱从频率域转换到空间域,得到一个实时的海水高度场;然后基于现实中光线传输的规则,利用NVIDIA公司的高级语言CG对显卡编程来进行实时光照渲染,最终模拟出较为真实的海面.     

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。     

虚拟海洋场景中波浪的模拟

采用水波动力学理论,对随机海洋面在理想情况下海洋波面以及舰船在海洋中航行时所产生的浪花进行了分析,并建立了相应模型,根据计算机图形学的相关技术和波谱函数方程,生成了随机的海浪,运用粒子系统技术绘制了舰船航行中的浪花（艏浪,艉浪等）,为海战场视景图生成创建了一个较为副真的海洋虚拟场景。     

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.     

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。     

基于几何建模的海浪模拟

提出一种基于几何的快速海浪建模方法,即将人眼对海浪的观察感知结合到对海平面网格的区域剖分中,对 人眼不敏感区域进行网格粗剖分,而对人眼敏感区域进行网格细剖分,进一步对不同区域采用不同的数学函数或不同 的参数控制来模拟海浪的涌动,同时通过设置相应的随机过程来增加敏感区域海浪的细节运动模拟。所提出的方法 具有实现简单、计算消耗小、算法易于实现等优点,可满足游戏、动画等应用场景对海浪背景的实时性要求。仿真试验 结果验证了模型的有效性。     

图形硬件加速的实时水面绘制

实时生成具有真实感效果的水面是计算机图形学中的研究热点和难点之一。文章介绍了一个利用可编程图形硬件来实现水面实时生成和绘制的系统,绘制过程主要分两个方面:水面的建模和水面光照效果的实现。通过基于空间域的快速傅立叶变换技术来实现水面的建模,通过凹凸纹理贴图和投影纹理技术来实现水面的反射、折射和菲涅耳等水面光照效果。绘制过程主要在图形处理器中实现,从而保证了算法的实时性。在现有的PC机和可编程图形硬件加速卡上能达到每秒30帧以上的绘制速度。     

A Lagrangian finite element approach for the simulation of water-waves induced by landslides

In the present investigation we apply a pure Lagrangian finite element method to simulate nonlinear water waves due to landslides, of interest to ocean, coastal as well as to dam engineers. Validation is carried out by comparison between the computed prediction and experimental data of water waves generated by a two dimensional triangular rigid body and by a deformable granular mass sliding into water. The calculated results show that the simulations agree well with experimental observation illustrating the potential of the proposed scheme.     

基于BP网络的潜艇在海浪中运动的建模与仿真

分析了潜艇在风浪中运动的复杂性、不确定性和运动模型的严重非线性等特点,难以建立准确的数学模型,因此提出了利用神经网络的非线性映射能力,进行潜艇运动模型辨识建模的新方法,通过仿真实验验证了利用BP网络建立潜艇在风浪中运动模型的可行性。     

不规则海浪的仿真

讨论了二维不规则长峰波和三维不规则短峰波的模型建立和仿真,在MATLAB基础上得到了较为理想的海浪模拟结果,并利用Visual C 开发了一个界面,用以控制风速变化来查看波形的变化,最后利用OpenGL完成了三维波浪的显示.大量仿真结果证明,本文所提的方法是可行且有效的,对实际海浪具有良好的模拟效果.     

不规则海浪的仿真

讨论了二维不规则长峰波和三维不规则短峰波的模型建立和仿真,在MATLAB基础上得到了较为理想的海浪模拟结果,并利用Visual C＋＋开发了一个界面,用以控制风速变化来查看波形的变化,最后利用OpenGL完成了三维波浪的显示。大量仿真结果证明,本文所提的方法是可行且有效的,对实际海浪具有良好的模拟效果。     

一种实现模拟海浪回波产生的电路

无风三尺浪是大海的特点,当海上有浪时,从海面上远望,海浪由近及远是逐步减弱的,一般情况下,越近的距离海浪越大,在这种海况下,雷达天线发射的无线电波遇到海浪便会反射回来,反射回来的无线电波的功率随海浪由近及远是逐步减弱的,我们可以用一个具有模拟指数衰减曲线功能的电路模拟该功能,在电路中模拟产生了强、中、弱三种状态海浪的信号,通过模拟器面板上的波段开关可以控制海浪信号的强、中、弱三种状态,在电路中通过采用压控振荡器及速率乘法器等器件实现了以上功能。