大規(guī)模水場(chǎng)景的實(shí)時(shí)繪制.pdf

1、隨著虛擬現(xiàn)實(shí)、影視動(dòng)畫和電腦游戲的日益普及，大規(guī)模水場(chǎng)景的繪制已經(jīng)成為一個(gè)相當(dāng)熱門和有挑戰(zhàn)性的研究課題。雖然在現(xiàn)行的游戲和一些繪制系統(tǒng)中，水面的繪制已經(jīng)達(dá)到了較好的效果，但是在這些系統(tǒng)中很少看到可交互的水面模擬，這是由于可交互水面的建模和模擬相當(dāng)復(fù)雜。 本文提出了一種基于GPU的大規(guī)模水場(chǎng)景的高效繪制方法。在波浪模擬方面，我們采用了基于水體統(tǒng)計(jì)模型的FFT 方法，不僅計(jì)算出了用于水面網(wǎng)格變形的頂點(diǎn)三維擾動(dòng)數(shù)據(jù)，還計(jì)算出了用于水面

2、光照計(jì)算的水面梯度場(chǎng)數(shù)據(jù)。我們將得到的高度場(chǎng)和梯度場(chǎng)數(shù)據(jù)平鋪到可見區(qū)域的網(wǎng)格上以模擬出整個(gè)可見水面的波浪效果。在船的尾跡模擬方面，我們利用采用了“基于GPU求解二維波動(dòng)方程的模擬方法”和“基于粒子系統(tǒng)的模擬方法”兩種方法，并對(duì)比了兩種方法各自的優(yōu)缺點(diǎn)。 我們采用了具有良好LOD性質(zhì)的“投影網(wǎng)格”方法進(jìn)行網(wǎng)格建模，并對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，我們引入“投影空間紋理”方法提高了高度場(chǎng)數(shù)據(jù)的利用率和L．OD性能。我們還對(duì)“投影網(wǎng)格”的建模相機(jī)進(jìn)行

3、了改進(jìn)，使其能在建模過程中減少高度場(chǎng)紋理的走樣并適應(yīng)非水平相機(jī)以及高度變化的水場(chǎng)景。 在繪制部分，我們將波浪部分和尾跡部分的水面高度場(chǎng)與梯度場(chǎng)數(shù)據(jù)結(jié)合了起來，統(tǒng)一了兩者的繪制。并充分考慮了水面的光學(xué)特性與HDR效果完成了繪制計(jì)算。泡沫、飛沫以及焦散效果進(jìn)一步增強(qiáng)了繪制的真實(shí)感。 值得一提的是，我們的網(wǎng)格建模、高度場(chǎng)計(jì)算、梯度場(chǎng)計(jì)算、網(wǎng)格幾何擾動(dòng)和光照計(jì)算全都是由GPU完成的，這樣就大大減少了CPU與GPU之間的數(shù)據(jù)同步，