復(fù)雜環(huán)境下的海面實(shí)時(shí)建模與仿真研究.pdf

1、自然場(chǎng)景仿真一直以來都是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域熱點(diǎn)研究方向之一，它被廣泛應(yīng)用于VRGIS、虛擬現(xiàn)實(shí)和計(jì)算機(jī)動(dòng)畫領(lǐng)域。海洋環(huán)境是是自然場(chǎng)景的主要組成部分之一，基于風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)的海浪模擬對(duì)虛擬海洋環(huán)境的真實(shí)感具有重要的作用，本文在分析渲染管道負(fù)載平衡的基礎(chǔ)上，大量應(yīng)用GPU 技術(shù)解決風(fēng)場(chǎng)條件下的海浪建模問題，模擬海洋環(huán)境中船舶航行波擾動(dòng)效果，基于視點(diǎn)的寬廣域海洋表面多細(xì)節(jié)層次快速建模，以及在復(fù)雜環(huán)境下的海面加速繪制。本文從實(shí)時(shí)性和真實(shí)感兩方面得到較好

2、平衡，所做的工作主要包括：
　　 1.介紹海洋風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)研究環(huán)境，著重分析了風(fēng)與波浪之間交互作用，從微觀力學(xué)角度闡述波浪形成過程，以及介紹海洋環(huán)境中波群和波浪折射等現(xiàn)象。本文從線性波、非線性波和頻譜理論等各方面詳細(xì)介紹了海浪特征及其各要素之間關(guān)系。
　　 2.對(duì)于動(dòng)態(tài)變化的風(fēng)場(chǎng)海洋模型，我們根據(jù)分而治之思想，采用基波建模理論模擬海洋場(chǎng)景中各個(gè)不同區(qū)域海浪模型，然后疊加組合生成整個(gè)海面模型。在基波建模過程中，利用GPU 求解

3、線性波高度值，最后在GPU中快速繪制海洋模型。
　　 3.分析和對(duì)比了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)波浪仿真領(lǐng)域各種水波建模方法，以船行波擾動(dòng)為例，采用基于頻譜統(tǒng)計(jì)方法，利用CUDA 快速求解FFT算法建立環(huán)境海浪模型，然后充分利用GPU的并行性求解二維波動(dòng)方程，從簡(jiǎn)化的物理方程角度構(gòu)建水面擾動(dòng)波形，最后在GPU中通過合成生成實(shí)現(xiàn)擾動(dòng)動(dòng)畫。
　　 4.著重分析復(fù)雜場(chǎng)景實(shí)時(shí)繪制方法，利用高效的場(chǎng)景分割和裁減算法減少進(jìn)入繪制管道的圖元，同時(shí)平

4、衡分配CPU與GPU 負(fù)載，有效提高場(chǎng)景渲染效率。對(duì)于復(fù)雜海面場(chǎng)景，我們提出基于占有比例的遮擋查詢(OPOQ，Occupancy ProportionOcclusion Query)算法，減少對(duì)渲染圖像貢獻(xiàn)較少的模型對(duì)象，提高系統(tǒng)繪制效率。
　　 5.在基于動(dòng)態(tài)視點(diǎn)環(huán)境下，我們采用基于視點(diǎn)的寬廣域海面拼接方法，提出有效的LOD 模型網(wǎng)格簡(jiǎn)化算法，解決基于運(yùn)動(dòng)視點(diǎn)的大規(guī)模海面建模實(shí)時(shí)繪制問題。最后在水面光效渲染上，充分利用GPU