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《中国科学技术大学》 2009年
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基于物理模型的实时水波动画

吴献  
【摘要】: 在计算机图形学领域,早在20世纪80年代就开始了对水波的模拟,然而直到今天,水波动画依然是一项有意义并且具有挑战性的课题。传统的基于过程的方法难以胜任高真实感需求的水波动画模拟,比较而言,基于物理的方法,从运动的本质上研究水波的产生机理,能够产生比较好的模拟效果。然而,物理计算的复杂性往往带来性能上的严重损失,满足不了许多对实时性要求较高的动画应用领域的需要。因此,本文以基于物理的水波实时动画作为研究目标,从水波的造型、控制、绘制及细节上入手,在动画的真实感与效率之间寻求一个良好的平衡,建立了一个能够实现种类丰富且形态逼真的实时水波动画系统. 本文的研究工作主要包含了以下几个方面: 1.介绍了常用的用于水波动画的物理模型与求解方法,以溃坝动画为例,采用二维浅水方程结合有限体积法的方法,充分利用了GPU(GraphicsProcessing Unit)在数据计算上的并行性,在GPU上实现了实时的溃坝动画。 2.基于细胞自动机中邻域传播的思想,提出一种快速的水波模拟算法。采用一种内、外参数分离的控制策略,实时地生成各种水波的参数序列,从而满足了各种不同水波形态的模拟需要。 3.针对矩形网格,提出一种视点相关的多层网格划分方法及自适应更新策略,实现了针对大规模区域的水面实时漫游技术。 4.采用了基于局部光照模型与动态纹理映射的方法,模拟了在较粗网格下的水波的动态凹凸效果、水面对环境的反射与折射效果、及水底的阳光焦散效果等水波光学特效。在大大增加视觉真实感的同时,实现了水波动画的实时绘制。 5.提出了一种基于LOD策略的粒子简化方法与基于纹理的粒子绘制方法,实现了加入水花飞溅效果的溃坝动画与带光、影效果的水面远景瀑布动画.
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TP391.41

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