海浪的行為特征建模與實(shí)時(shí)繪制研究.pdf

1、近年來，自然景物的模擬一直是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域最具挑戰(zhàn)的問題之一，作為自然景物之一的海洋，約占地球表面總面積的70％，是一個(gè)巨大的水體，有著豐富的物質(zhì)資源，是天然的交通平臺(tái)，同時(shí)海浪又是一個(gè)十分復(fù)雜的自然現(xiàn)象，無論從時(shí)間上還是空間上都具有不規(guī)則性，所以海浪建模與繪制研究成為計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域的重點(diǎn)和難點(diǎn)。此外，海浪的模擬研究不僅僅在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用、軍事仿真、娛樂、海洋監(jiān)測(cè)開發(fā)等領(lǐng)域具有重要的意義，而且對(duì)于水力學(xué)、流體力

2、學(xué)、波動(dòng)力學(xué)、海洋學(xué)等都具有重要的實(shí)際意義。 虛擬海洋場(chǎng)景中，海浪建模是一個(gè)非常重要的方面，通常的虛擬場(chǎng)景不僅要求海浪建模計(jì)算量小，渲染速度快，而且還需要占用更少的內(nèi)存空間。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)虛擬效果的真實(shí)感要求也越來越高。 基于此，本文為了著力表現(xiàn)海浪不規(guī)則波動(dòng)性，在Gerstner—Rankine海浪模型基礎(chǔ)上，引入高度場(chǎng)技術(shù)，使用統(tǒng)計(jì)思想采用多個(gè)波進(jìn)行疊加的方法來產(chǎn)生海浪波動(dòng)效果。并從現(xiàn)實(shí)觀察場(chǎng)景出發(fā)，

3、采用LOD技術(shù)構(gòu)建符合人觀察習(xí)慣的三通道梯形網(wǎng)格模型，以達(dá)到減少網(wǎng)格采樣點(diǎn)，提高繪制速度的目的。采用該方法構(gòu)建的網(wǎng)格，由于占用了不同的網(wǎng)格單元，且每個(gè)網(wǎng)格通道的運(yùn)動(dòng)步調(diào)不一致，所以造成了網(wǎng)格邊緣裂縫，本文使用縫補(bǔ)技術(shù)實(shí)現(xiàn)各網(wǎng)格通道之間的無縫連接。 卷浪過程的模擬一直是海浪行為特征模擬的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一。傳統(tǒng)的卷浪建模方法或者過于追求模型的精確性，使用極其復(fù)雜的建模方法，造成計(jì)算時(shí)間過長(zhǎng)而無法實(shí)時(shí)渲染；或者為了追求速度，將模型作了大

4、量簡(jiǎn)化以致于不能生成逼真的卷浪場(chǎng)景；又或者著力在卷浪的模擬，而忽視了背景海浪的無規(guī)則波動(dòng)性。因此，本文在Gerstner—Rankine模型以及高度場(chǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過重算特定范圍的波浪來生成卷浪，較好地實(shí)現(xiàn)了不同模型間的平滑過渡以及卷浪和背景海浪交互的效果。繪制卷浪過程中，本文使用Bezier曲線重算卷浪部分。確定波形的控制點(diǎn)可以生成Bezier曲線，隨著時(shí)間變化曲線控制點(diǎn)位置以及點(diǎn)之間斜率也隨之發(fā)生變化，從而在視覺上達(dá)到波浪翻卷變化