水下場(chǎng)景中虛擬光學(xué)效果的研究.pdf

1、虛擬現(xiàn)實(shí)(VirtualReality)是由人們利用計(jì)算機(jī)生成的一個(gè)逼真的三維虛擬環(huán)境，它不僅能構(gòu)建高度逼真的復(fù)雜虛擬環(huán)境，而且用戶(hù)還可以和虛擬環(huán)境進(jìn)行互動(dòng)，增強(qiáng)系統(tǒng)的交互性和沉浸感。它是近年來(lái)新興并且發(fā)展比較迅速的一項(xiàng)綜合性信息技術(shù)，它被廣泛的應(yīng)用到社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域。 生成自然場(chǎng)景的真實(shí)感圖是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的一個(gè)非常重要的課題。精確模擬自然現(xiàn)象要求生成真實(shí)感圖。在所有的自然現(xiàn)象中，水體的真實(shí)感渲染是非常重要的部分，水體光學(xué)效果的

2、渲染包括對(duì)水下光束，光斑和水下物體陰影等的渲染。水面光線經(jīng)過(guò)波浪的折射和反射后在水下匯聚和發(fā)散，然后由于懸浮粒子的散射形成光束，從而產(chǎn)生光斑，為了使虛擬的水下場(chǎng)景更加真實(shí)，陰影的渲染也很重要。自20世紀(jì)80年代出現(xiàn)的光線追蹤法至今，已出現(xiàn)諸多方法來(lái)表現(xiàn)水下場(chǎng)景的光學(xué)效果。由于模擬光在水下的傳播很復(fù)雜，需要計(jì)算大量的數(shù)據(jù)，很耗時(shí)，本文基于Iwasaki[1]的方法并對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化，在考慮視點(diǎn)的情況下使用少量的照明體來(lái)構(gòu)建光束，使用Open

3、GL中的顏色混合技術(shù)來(lái)渲染照明體，使用Gouraud明暗處理、OpenGL中的顏色混合技術(shù)和Z－buffer算法通過(guò)硬件加以渲染焦散效果，使用模板緩存來(lái)渲染陰影，從而大大減少了CPU的計(jì)算量，提高了水下場(chǎng)景的渲染速度，使得渲染效果在保證真實(shí)感的情況下更加流暢。 本文首先介紹了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、課題涉及到的關(guān)鍵技術(shù)、已有的模擬水體光學(xué)效果的方法，然后介紹了改進(jìn)的水體光學(xué)效果模擬方法，給出了光束、光斑、陰影改進(jìn)的繪制方法，并展示了實(shí)驗(yàn)結(jié)