3D海浪動畫模擬技術研究.pdf

1、近年來，由于游戲、動漫、影視、廣告、建筑、視景仿真、科學計算可視化等各個領域對3D動畫的應用，使得計算機圖形學和虛擬現實技術得到了很大的發(fā)展。在計算機圖形學領域中，自然景物的模擬一直是具有挑戰(zhàn)性的研究熱點之一，因為自然景物形態(tài)各異，運動不規(guī)則，并且具有一定的生命周期，難以用幾何模型進行描述。水作為一種自然景物，以其流動性、透明性以及復雜的光學特性使其成為模擬中的難點。海浪模擬作為水流體模擬的一個分支，常常作為動畫的背景，在許多三維游戲、

2、模擬訓練及影視特效等應用中，逼真的、大范圍的海面場景模擬成為不可或缺的重要內容。海面模擬涉及的范圍十分廣闊，而且海面波動規(guī)律十分復雜，海面波動受到各種力的作用與影響。同時，海面作為動畫場景的背景，對其真實感和實時性也有較高的要求。因此，建立合適的海浪運動模型，實現海浪模擬是很有意義的。本文從這一目的出發(fā)，利用海洋學的經驗公式，采用海浪譜方法建立了海浪的數學模型，并使用LOD技術簡化海面網格的計算量，通過光照和紋理映射的渲染，實現了深海區(qū)

3、域的3D海浪模擬，并在實時性和渲染方面都取得了令人滿意的效果。具體研究工作如下： ⑴通過對國內外海浪模擬技術研究現狀的分析，結合圖形實時繪制技術，給出了海浪模擬的基本步驟。 ⑵在分析海面網格的細化的方法及裂縫和邊緣縫合技術的基礎上，構造LOD網格以減少網格計算量。 ⑶在深入分析了主流的海浪模型的構造方法和適用范圍之后，從海洋學的觀測結果入手，利用海浪P-M頻譜及SWOP方向函數計算得到的不同頻率、方向角、振幅的組

4、成波，線性疊加生成海面高度場，從而建立海浪動畫的每一幀。在利用海浪譜方法生成海面高度場的過程中，通過三角函數計算簡化，降低計算代價提高幀率。并通過對海面賦予一定的光照和材質參數、計算反射紋理坐標以及背景貼圖渲染海浪，實現深海海域海浪的3D動畫。 ⑷通過實驗數據比較，證明了采用LOD網格以及海浪譜方法模擬的廣闊深海海域的海浪動畫能實現動畫的現實性要求，且渲染效果比較理想。 ⑸對基于海浪譜方法和LOD技術模擬3D海浪的研究工