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.     

基于非线性海面微波段多普勒回波的建模算法

基于线性波浪理论和尖波模型,分别仿真得到时变线性和非线性海面,并比较了不同海况下两种海面模型的统计特征。采用小斜率近似法求解微波段的电磁散射,并分析了不同条件下的回波多普勒谱。通过采用海浪反演算法验证仿真数据,证明了该建模算法的正确性。结果表明,非线性海浪表现出斯托克斯波浪的典型特性,海面的非线性效应在掠入射时对多普勒谱的影响更显著,并且进行了非线性修正的海面模型的电磁散射特性与实际海况的结果更加吻合。     

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。     

三维海浪造型的研究

为了表现海浪的真实感和实时性仿真,本文以Pierson．Moskowitz模型为基础,采用波的波长和波速建立了海浪波高的初始状态值．通过FBM（FractalBrownMotion）的菱形网格方式计算海浪曲面片上每个网格点的波高,把每个点画出;再以菱形网格模拟海浪形状,将海浪点的波高描述为随时间和空间变化的多个正弦波叠加近似地表现海浪的运动效果;利用光照模型给海浪添加明暗凹凸效果,增加海浪的真实感;将真实世界中某一海浪的图像作为纹理源,贴到每个网格上,提高仿真的逼真度和运行速度,达到实时仿真的效果．利用Java和JOGL编程模拟,逼真地生成了海浪在不同风向、不同等级情况下的场景．实验表明文中所述方法得当,技术可行．     

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。     

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.     

SAR探测水下运动物体波浪尾迹的模拟研究

水下运动物体可以在海面产生波浪,这种波浪与海洋表面波相互作用改变了海浪谱的高低频分布而形成波浪尾迹。将这样的波-波相互作用处理为对背景海浪谱的扰动,利用海面微波散射的二尺度模型,分析波浪尾迹对雷达散射系数的影响,并给出相应的数值计算模型;对水下不同运动状态物体的波浪用汇源分布法计算出波面函数,将它们分别与一些特定海况的海浪波面函数叠加,并对之进行微波后向散射测量仿真计算,给出波浪尾迹的SAR(Synthetic Aperture Radar、合成孔径雷达)探测图像;再利用二维谱分析技术对模拟SAR图像进行处理,提取波浪尾迹信息。初步结果表明,SAR探测下运动物体是可行的。
     

常见三维场景中水面特效的模拟

针对常见三维场景中水面特效真实感与实时性较难平衡的现状,提出了一种基于Gerstner波模型的水面特效模拟方法。对振幅添加了随机扰动,使得波动更具有变化;在将叠加后Gerstner波分为大波与小波的基础上,通过改变不同类型波的参数可方便地控制波形;最后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,新的模型不仅呈现出更加真实的水面特效,而且得到了比较理想的渲染速度。     

基于文氏方向谱的海浪仿真技术研究

研究不同成长状态下的海浪真实性优化问题,海浪方向谱不仅与风速风向有关,还与风浪的成长状态息息相关.为获取海面波高数据,不仅要求正确地反映风速风向的影响,还应能够真实地反映海浪成长状态的变化.为解决上述问题,提出了一种采用能正确反映海浪成长状态的文氏方向谱来作为靶谱的三维海浪仿真方法,利用海洋谱能量散布随角频率以及不同风浪成长状态变化的具体特性,根据频率等分以及能量等分的采样原则,分别对多种成长状态下的海浪进行了数值仿真.仿真结果表明,新方法能够正确地反映海浪成长状态的变化以及风速风向因子的影响,仿真的海面波高数据与实际海况相符.     

航海模拟器视景系统中的混合浪绘制

使用快速傅里叶逆变换(IFFT)Gerstner波模型描述海浪运动,在航海模拟器视景系统中实现了混合浪实时绘制。利用六参数谱构造混合浪的波数谱,将该波数谱应用于海面高程和choppy波的傅里叶系数中,通过IFFT获得海面质点的位置,实现混合浪的实时绘制。绘制的混合浪受低频长峰波影响,波形较为平坦光滑,与绘制的风浪有一定的差别,但与真实的海浪更为接近。该方法在航海模拟器视景系统中的使用,表明帧率可以达到实时。     

基于物理模型的近岸海浪建模与实时绘制

提出一种可以逼真地模拟大面积近岸海浪的方法。首先利用Boussinesq类方程求得指定海域一段时间内的海面运动序列;然后通过对此序列进行重建,得到"无限"长的海面运动序列;最后把相应的海面高度场作为顶点纹理进行绘制。在绘制时采用视点相关的海面网格,达到实时绘制的效果。实验表明,该方法模拟的大面积近岸海浪真实感强,绘制速度快,适合于实时仿真应用。     

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。     

海浪建模与绘制技术综述*

海浪建模和绘制技术成为计算机图形学和虚拟现实领域共同关心的自然现象模拟问题.侧重从计算机图形学的研究角度对海浪建模和绘制技术进行了综述,介绍了近二十年来提出的典型海浪建模和绘制方法及其最新研究进展,给出了这些方法的基本原理并加以分析比较,最后对海浪建模和绘制技术的未来研究给出了一些建议.     

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.     

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。     

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.     

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。     

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。