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.     

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.     

海浪的实时视景仿真

该文研究了如何解决海浪的实时视景仿真问题。着重从仿真的实时性和真实感的角度出发,建立了基于海浪谱的不同波级的海浪的仿真模型,详细讨论了海浪数学模型中参数的求法,并探讨了在海浪的实时绘制过程中采取的措施。     

干涉合成孔径雷达海浪遥感研究

海浪是重要的海洋环境参数, 它对港口建设、海上航行、油气田开发等具有重要的意义。合成孔径雷达(Syn thet ic Apertu re Radar, SAR ) 是目前大范围测量海浪的主要工具, 用它来估计海浪主波系统的波长和传播方向比较好, 但要定量的提供海浪的振幅以及SAR 图像强度与实际海面的关系是相当困难的, 而且由SAR 图像获取海浪方向谱也比较复杂。沿航迹干涉合成孔径雷达(Along-Track Interferometric Synthet ic Aperture Radar,ATI-SAR ) 是在平台飞行方向上安置两根天线的双天线合成孔径雷达。相对于合成孔径雷达, 真实孔径雷达调制传递函数对沿航迹干涉合成孔径雷达相位图像的影响很小, 因此沿航迹干涉合成孔径雷达更适合测量海浪。详细介绍了沿航迹干涉合成孔径雷达海浪遥感的成像机制, 为进一步反演海浪方向谱奠定了基础, 最后针对目前研究存在的问题以及今后有待研究的方向进行了探讨。     

极化合成孔径雷达测量海浪的研究

描述了极化合成孔径雷达海浪成像过程。提出了一种极化雷达反演海浪方向谱的方法,该方法利用合成孔径雷达图像谱与海浪方向谱之间简单的线性关系和最优方法反演得到海浪方向谱,并将结果与现场资料进行了比较。经过对同一海区机载雷达P、L、C 3个波段的图像进行反演,其方向谱相当一致,而且有效波高和波向与实测数据吻合相当好。     

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。     

AR模型在海浪仿真中的应用

本文根据时间序列理论和海浪理论，研究了AR模型在海浪仿真中的应用，通过AR模型参数辨识，给出了仿真海浪的AR模型，进行了拟合检验，提出了系统等效增益的概念和确定输入百色序列方差的方法，本文的研究方法和结果对于船舶控制和海浪仿真具有理论意义和应用价值。     

一种视点相关的海浪网格模型

在海浪模拟中,通过对两种常用网格化模型(基于随机采样点的网格化和基于固定采样点的网格化)的实验分析,给出了一种视点相关的海浪网格模型.在此基础上,运用纹理映射技术较好地模拟了大范围内的海浪生成,在保证较好的图像质量的同时提高了绘制效率.     

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。     

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.     

基于海浪谱的实时海洋场景仿真

研究海洋场景中海浪等视景的实现,是计算机在图形学中的具体应用.风浪是海洋表面最主要的一种波浪,从海洋学已有的统计观测结果出发,利用海浪频谱与方向谱的相关公式,对开阔海面深水域由风引起的海浪进行定量分析.利用粒子系统对雨、雪、云等自然现象进行仿真,实现了对海洋场景的实时显示.在VC平台上用OpenGL开放图形库实现了所述海洋场景的仿真.实践证明,提出的方法在实时性与真实感方面均取得了不错的效果.     

海浪实时绘制中波浪谱的选择

Phillips 谱是海浪实时绘制中常用的波浪谱。首先分析了Phillips 谱的结构, 指出该谱是一个瞬时空间谱,其频率谱符合Neumann 形式,与P-M 谱接近,其方向分布函 数为国际拖曳水池会议推荐的形式。令P-M 谱与Phillips 谱具有相同的单位面积波能,给出 了Phillips 谱风速的确切含义并计算出该谱的常数。除了使用Phillips 谱,还尝试其它形式 的谱。用P-M 谱和cos-2s 形式方向分布函数构造了瞬时空间谱PM-cos2s 形式,用JONSWAP 谱和Poisson 形式方向分布函数构造了瞬时空间谱J-Po 形式。比较3 种谱的绘制结果发现, 使用Phillips 谱、PM-cos2s 谱的绘制结果均能反映风速对海浪的影响,不能反映风距的影响, 使用J-Po 谱的绘制结果既能反映风速、也能反映风距对海浪的影响,且三者的绘制帧率一 致。如果要选择适合航海模拟器中海浪绘制的瞬时空间谱,该谱的风参数既应包括风速,也 应包括风距,且生成波应在风向的(-,]范围内,因此J-Po 谱在三者中最适合航海模拟器。 绘制结果已应用于航海模拟器中。     

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。     

SAR海浪方向谱的Monte Carlo仿真

利用Longuet-Higgins线性海浪模型和JONSWAP海浪谱来表示海浪方向谱。在Bragg波散射模型的假设下,推导了海浪谱与SAR图像谱之间的映射变换,它适用于线性海浪的成像范围。采用Monte Carlo方法,可产生具有随机性的海浪方向谱。对于时不变的海面来讲,该方法具有计算效率适中的特点。仿真结果表明,海浪谱与SAR图像谱之间存在着谱的畸变、谱的分裂和方位向谱的移位等特点。