基于GPU的水下環(huán)境的實(shí)時(shí)模擬.pdf

1、本文是蘇州某管理部門開發(fā)的“虛擬太湖流域”項(xiàng)目中的一個(gè)子課題，主要內(nèi)容是在PC(Personal Computer)平臺(tái)上模擬出視角在湖面下觀察到的水下視覺效果。
　　 水下場(chǎng)景以其復(fù)雜性和奇妙的視覺效果吸引了越來(lái)越多的關(guān)注，但大部分的論文研究?jī)H限于某個(gè)部分例如水面、光學(xué)效果等等。限于時(shí)間，本文選取了關(guān)鍵性的4個(gè)部分：水底地形、水底光斑、水草、水面，在充分考慮了效果和效率的基礎(chǔ)之上，分別對(duì)這些部分采用了特定的方法實(shí)現(xiàn)，整合成一個(gè)

2、水下場(chǎng)景。
　　 對(duì)于水底地面的模擬，提出了快速視差遮擋映射方法，相對(duì)于傳統(tǒng)的網(wǎng)格建模方法，實(shí)現(xiàn)了后者難以實(shí)現(xiàn)的微小細(xì)節(jié)和復(fù)雜視覺效果，同時(shí)，相對(duì)于其他的視差遮擋算法，在效率上有一定的提高。水面建模采用了Gerstner波函數(shù)，并運(yùn)用環(huán)境貼圖和normal map對(duì)水面進(jìn)行渲染，在保證了不提高網(wǎng)格建模的復(fù)雜性的基礎(chǔ)上，增加水面視覺效果的復(fù)雜性。水底地面的光斑采用逆向光線跟蹤和舍棄無(wú)貢獻(xiàn)光線方法渲染，并且在運(yùn)用Snell定律時(shí)，通

3、過(guò)求解Gerstner波函數(shù)偏導(dǎo)數(shù)得到法線，使光斑隨著水面的波動(dòng)而舞動(dòng)。水草建模采用了B樣條曲線插值生成水草葉片的中線，葉片上其他頂點(diǎn)依附中線旋轉(zhuǎn)生成，將葉片進(jìn)行比例變換和旋轉(zhuǎn)變換后生成整棵水草。運(yùn)用Perlin噪聲對(duì)水草進(jìn)行動(dòng)態(tài)效果處理，將Perlin噪聲只作用于水草葉面中線的型值點(diǎn)，通過(guò)控制中線的形狀來(lái)實(shí)時(shí)改變?nèi)~片的形狀，降低了噪聲的計(jì)算量，提高了幀速。最后對(duì)水下光線進(jìn)行指數(shù)衰減處理。
　　 現(xiàn)代GPU發(fā)展迅速，水下場(chǎng)景的渲