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基于DSP并行架构的海浪模拟系统设计与实现

作　者: 邱静
导　师: 黎英
学　校: 昆明理工大学
专　业: 控制工程
关键词: 海浪模拟 OpenGL DSP 并行处理 实时仿真
分类号: P731.22
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


三维海浪模拟仿真一直以来都是计算机图形学和实时仿真领域的热点问题,在社会的很多领域都具有非常现实的意义。海洋场景非常广阔,对逼真度和实时性都有很高的要求。海浪的复杂性和随机性导致了大面积的海浪模拟存在计算量大、计算效率低、容易对计算机造成内存不足等特点。单一的计算机仿真已经很难满足海浪模拟的复杂性和实时性的要求,这就要求挖掘仿真计算的并行性,选用在并行运算和数据处理上具有优势的DSP来实现大面积的海面模拟仿真。采用并行处理技术来实现大面积的海浪表面的模拟将是一种必然趋势。本文在查阅了大量海浪模拟仿真的文献的基础上,从大面积海面模拟仿真在计算机图形学中的局限性出发,依据风浪的特性对几种经典的海浪数学模型进行比较。选择海浪谱模型作为模拟依据,在计算机上结合VC与OpenGL绘制三维场景,分别从计算效率和绘制过程两个方面对局限性进行分析。针对计算效率低、CPU占用率高的现象提出采用DSP并行处理的方法,解放CPU去做其他的任务,让GPU释放更多空间进行图形渲染,利用DSP的高速运算能力和数据处理能力来计算海浪复杂数据。本文选用了ADSP-BF538芯片和LAN91C111网卡芯片,基于DSP并行架构对大面积海面进行分块、计算、传递边界数据、拼接等设计。从LOD技术中得到思路,将大面积海面分成小区域,各个DSP分别进行海浪数据的计算,通过以太网将海浪能量分布传递至负责下一区域计算的DSP,使得海面边界成为下一区域的海面初始值,最终实现裂缝消除、提高拼接效果的设计。以两块海面区域的拼接为例,在MATLAB下进行仿真,得出拼接效果图,得出较为光滑无走样现象的海面。逼真度提升的同时会导致实时性下降的现象,文章最后一章对于计算机图形学和DSP并行处理中的实时性进行介绍,通过仿真,可以看出海浪算法在DSP中的仿真实时性好。在DSP的并行系统中,并行指标并行加速比等数据充分说明了广阔海面的实时性有显著提高。对于大面积的海面模拟仿真,可以根据对面积的不同需要,选用相应数量的DSP进行并行计算,保证逼真度的同时也可以达到一定的实时性,使得大面积海面模拟仿真不受硬件条件的限制。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-6
目录  6-8
第一章 绪论  8-18
  1.1 课题研究的意义和目的  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-13
    1.2.1 海浪模拟现状  9-10
    1.2.2 视景仿真现状  10-11
    1.2.3 DSP并行处理现状  11-13
  1.3 海浪模拟目前存在的问题  13-15
  1.4 论文的主要研究内容和组织结构  15-18
第二章 海浪模拟的模型分析  18-28
  2.1 海浪模型介绍  18-23
    2.1.1 海浪的基本概念  18-20
    2.1.2 海浪模型简介  20-23
  2.2 海浪模型的比较与选择  23-24
  2.3 海浪谱模型  24-26
  2.4 本章小结  26-28
第三章 基于OpenGL的海洋场景仿真实现  28-44
  3.1 OpenGL简介  28-30
  3.2 三维图形学的基本原理  30-33
  3.3 海洋场景的设计与实现  33-39
    3.3.1 创建OpenGL窗口  33-35
    3.3.2 海浪的算法实现  35-37
    3.3.3 海洋场景的绘制  37-39
  3.4 不同参数下的海洋场景仿真分析  39-42
  3.5 本章小结  42-44
第四章 大面积海面的拼接仿真实现  44-52
  4.1 大面积海面模拟的局限性  44-45
    4.1.1 计算效率的局限性  44-45
    4.1.2 绘制过程的局限性  45
  4.2 海面的分块与拼接  45-47
    4.2.1 海面分块和引起的问题  45-47
    4.2.2 海面拼接方法  47
  4.3 基于MATLAB的海面拼接仿真与比较  47-50
  4.4 本章小结  50-52
第五章 基于DSP并行架构的海浪模拟仿真实现  52-62
  5.1 DSP并行架构的建立  52-58
    5.1.1 以太网数据传输  52-53
    5.1.2 硬件系统设计  53-56
    5.1.3 软件系统设计  56-58
  5.2 海浪模拟的实时性仿真实验分析  58-61
    5.2.1 海浪模拟在计算机图形学中的实时性  58-59
    5.2.2 海浪模拟在DSP并行处理中的实时性  59-61
  5.3 本章小结  61-62
第六章 总结与展望  62-64
  6.1 论文总结  62-63
  6.2 研究课题展望  63-64
致谢  64-66
参考文献  66-70
附录A (攻读硕士期间发表的论文)  70

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中图分类: > 天文学、地球科学 > 海洋学 > 海洋基础科学 > 海洋水文学 > 海洋动力学 > 波浪
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