基于基波模型的風場驅動海面場景仿真研究.pdf

1、真實感的實時海洋場景仿真技術一直以來都是計算機圖形領域研究的熱點和難點。海洋場景的仿真不僅在虛擬現(xiàn)實、視頻游戲、影視廣告中有廣泛的應用價值,同時對水力學,波動力氣、氣象學、海洋學也有重要的學術意義。本文在深入研究已有的大規(guī)模海洋場景仿真技術的基礎上,提出了基于基波模型的海浪建模算法,并以此為基礎進一步研究了一種廣闊視野的風場驅動的全海域場景實時仿真方案。
　　基于基波模型的海浪建模算法使用粒子系統(tǒng)的思想,將海面的波動看作是大量的獨

2、立的基波粒子運動和疊加的結果。算法通過模擬大量基波粒子的運動,再將其高度場疊加,得到海面高度場。該方法的優(yōu)勢在于通過風場作用于每一個基波粒子,可以將風場的狀態(tài)傳遞到基波粒子的運動當中,而基波粒子的運動又合成了海面整體的波動,從而建立了風場對海面的驅動。
　　本文實現(xiàn)的廣闊視野的海洋場景,包括了島嶼、近海和深海。深海的動態(tài)高度場通過基波模型動態(tài)渲染得到,并疊加噪聲和細節(jié)提升真實感;在近海區(qū)域疊加了參數(shù)化紋理化的近岸浪以高效的實現(xiàn)拍岸

3、浪效果,島嶼的高度場和近岸地形信息則是通過預處理一張表示陸地海拔的灰度圖來導入。這些高度場最終以置換貼圖的方式融合到一個基于四叉樹的LOD大地形網格上。在頂點著色程序中,使用頂點紋理拾取的方式獲取各種高度數(shù)據,通過比較陸地海拔和海面高度來區(qū)分三種地形類型,再使用不同的資源和程序片段進行繪制。在像素著色程序中,本文模擬了海水的反射,散射,透明等光學特性,并實現(xiàn)了水面泡沫效果。因為所有的繪制都在統(tǒng)一的流程下處理,所以本文能很好的處理不同區(qū)域