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海浪绘制及仿真技术研究

肖维超  
【摘要】: 近年来,大规模海浪场景的绘制越来越受到计算机图形学研究者的关注。一方面,对海浪的实时绘制已经成为计算机游戏、虚拟现实应用以及电影制作的强有力的辅助工具;另一方面,从科学研究的角度上说,海浪的模拟研究不仅仅在计算机图形学领域具有重要的意义,同时对于水力学、流体力学、波动力学、海洋学等都具有重要的实际意义。 本文深入研究了基于海浪谱的快速Fourier变换的大范围深海场景的绘制方法。在海浪建模方面,本文采用基于海浪谱统计模型的Fourier变换方法,不仅计算出了用于水面网格变形的顶点三维数据,还计算出了用于水面光照计算的表面法向量和切向量,将得到的高度场数据平铺到可见区域的网格上以模拟出整个可见海面的波浪效果。本文还建立了海面的挤压波模型,通过控制水平方向偏移量来实现海面积压波效果。 在海浪网格的简化方面,通过对几种典型的网格模型简化算法的研究,本文采用了基于点删除的简化算法对生成的海面网格进行了一定的简化,节省了海浪的绘制时间,进一步提高了海浪的实时性。 在海浪的渲染方面,本文采用了纹理映射技术,即通过在海面网格上贴上真实的海浪纹理来增加海浪的真实感,并且加入了光照效果,提高了海浪的逼真度。 最后,根据上面对海浪的模拟算法和绘制技术的的研究,依据面向对象的设计原则,编程实现了一个海浪仿真的演示系统。


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