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虚拟海洋场景建模技术研究

赵波  
【摘要】:随着模拟自然现象的交互式仿真技术研究不断发展,关于海浪的可视化模拟也日益受到人们的关注。与模拟其它自然现象相比,海浪运动的模拟具有显著的可控性、安全性和经济性的优点,但其在时间与空间上的随机性、复杂性特点,也在很大程度上加剧了海浪模拟的难度。海洋环境仿真在科学研究及工程应用领域具有重要的意义,如何开发真实感与实时性兼顾的虚拟海洋环境己成为人们研究的热点。本论文针对上述需求对虚拟海洋环境的开发及相关场景的生成进行了研究。对于海面绘制会出现的迟滞现象,本文采取LOD技术解决这一问题,通过LOD技术降低海面网格的复杂度,采用不同分辨率进行建模,提高建模速度。实验结果证明LOD技术可以有效地提高提高画面绘制的帧速。在分析波浪谱的理论基础上给出了基于FFT变换海浪建模方法,并对其进行仿真,分别在画面真实感和渲染速度方面进行了比较,仿真结果表明,采用FFT变换的建模方法能够具有较快的计算速度,且能很好的表现各种海况下的波浪形态。设定一些合理的仿真条件,并根据建立的模型和推导出的关系式,采用Matlab软件对海浪进行了仿真,并对仿真结果进行了分析。在FFT变换建模的基础上对海面进行了光照及纹理的处理。针对效果渲染计算量大,影响实时性的特点,采用了Cg技术对GPU进行编程,从而使一部分效果计算在GPU中进行,分担了CPU的负担,在改善画面真实感的同时保证了仿真系统的实时性。为了使海洋场景更加逼真完整,采用天空球模型代替传统的天空盒模型对海空环境进行了改善。通过虚拟现实软件Vega的API接口,采用C++语言将建立的海浪模型进行了编程实现,采用LynX图形界面对实现的虚拟海洋视景进行了渲染,增加海洋特效。在Visual Studio 2008开发环境下,完成了三维随机海浪运动模型的建立与渲染工作,并将其嵌入到Vega Prime中,集成了新的海浪模块。


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