航海模擬器視景中大規(guī)模近岸海浪的模擬.pdf

1、航海模擬器的模擬區(qū)域一般都會(huì)選擇近岸海域，但模擬器中現(xiàn)有的海浪模擬方法卻基本沒有考慮海浪在近岸傳播過程中受海底地形、海岸及海工建筑的影響而產(chǎn)生的各種效果。作者通過研究現(xiàn)有的各種海浪模型，提出了一系列模擬大規(guī)模近岸海浪的方法，并將其應(yīng)用于航海模擬器。本文主要的創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　 1.基于不同的海浪數(shù)學(xué)模型，給出了四種海面運(yùn)動(dòng)建模方法：
　　 ①基于Boussinesq類方程直接解算出模擬海域一段時(shí)間的海面高度場(chǎng)序列，將其處

2、理成“無限長(zhǎng)”的高度場(chǎng)序列來模擬海面運(yùn)動(dòng)。該方法可以逼真地模擬近岸海浪淺化、折射、繞射、反射和非線性波-波相互作用等綜合現(xiàn)象。
　　 ②基于橢圓型緩坡方程求解出模擬海域復(fù)數(shù)形式的波高分布，根據(jù)這些值用隨時(shí)間變化的指數(shù)曲面實(shí)時(shí)擬合海面運(yùn)動(dòng)。該方法可以逼真地模擬近岸波浪淺化、折射、繞射和反射等現(xiàn)象。
　　 ③基于拋物型緩坡方程求解模擬海域的波浪參數(shù)分布和一個(gè)瞬時(shí)的海面高度場(chǎng)，根據(jù)這些參數(shù)用隨時(shí)間變化的余弦曲面實(shí)時(shí)擬合海面運(yùn)動(dòng)

3、。該方法可以模擬大面積近岸海浪淺化、折射和繞射等現(xiàn)象。
　　 ④基于SWAN模型在一個(gè)粗糙的網(wǎng)格上求解模擬海域的波浪參數(shù)分布，根據(jù)這些參數(shù)和視點(diǎn)的位置用快速傅立葉變換的方法擬合視場(chǎng)內(nèi)海面運(yùn)動(dòng)。該方法可以模擬非常大區(qū)域的近岸海浪的淺化、折射、風(fēng)能輸入等效果，并容易過渡到開闊海域的波浪。
　　 2.對(duì)大規(guī)模近岸海面的幾何建模與繪制，提出扇形海面的幾何建模方法和基于可編程圖形處理器來模擬海面反射、折射、泡沫、眩光和浪花等光影效

4、果的繪制方法，該方法可實(shí)時(shí)地繪制大面積效果逼真的近岸海面。
　　 3.開發(fā)了近岸海浪模擬視景系統(tǒng)軟件，并應(yīng)用于航海模擬器中不同的模擬場(chǎng)景，驗(yàn)證了上述建模方法的可行性。
　　 目前航海模擬器中幾乎所有的練習(xí)區(qū)域都是在近岸海域，但國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的模擬器卻基本上都在使用開闊海域的海浪模型，這些模型顯然不能正確地模擬近岸海浪的各種效果。為了提高航海模擬器視景中海浪的真實(shí)感，本文通過研究現(xiàn)有的各種海浪模型，提出了一系列模擬大規(guī)模近岸海

5、浪的方法。
　　 對(duì)于近岸海面運(yùn)動(dòng)的模擬，針對(duì)不同面積的海域提出了不同的方法。面積在100km2左右的海域，先用Boussinesq類方程直接解出整個(gè)模擬海域一段時(shí)間的海面高度場(chǎng)序列，在繪制時(shí)再將其重新合成“無限長(zhǎng)”的高度場(chǎng)序列來模擬海面的運(yùn)動(dòng)。面積在500km2左右的海域，先用橢圓型緩坡方程求解出模擬海域復(fù)數(shù)的波高分布，再根據(jù)這些值用指數(shù)曲面擬合海面運(yùn)動(dòng)。面積在2500km2左右的海域，先用拋物型緩坡方程求解模擬海域的波浪參數(shù)

6、分布和一個(gè)瞬時(shí)海面高度場(chǎng)，再利用這些參數(shù)用余弦曲面擬合海面運(yùn)動(dòng)。面積在10000km2左右的海域，先用SWAN模型在一個(gè)粗糙的網(wǎng)格上求解模擬海域的波浪參數(shù)分布，再根據(jù)這些參數(shù)和視點(diǎn)位置用快速傅立葉變換的方法擬合視野內(nèi)海面的運(yùn)動(dòng)。
　　 對(duì)于近岸海面幾何建模與繪制，提出一種視點(diǎn)相關(guān)的扇形海面網(wǎng)格，提出基于可編程圖形處理器的繪制方法來模擬海面的反射、折射、泡沫、眩光等光影效果。
　　 本文提出的這些方法已應(yīng)用于大連海事大學(xué)搜