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海面实时航迹模拟算法的研究与实现

作　者: 余静
导　师: 郑文庭
学　校: 浙江大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 水面模拟投影网格交互实时
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

自然场景的模拟是计算机图形学的一个研究热点,它在虚拟现实系统、计算机游戏、动画影视等领域有着广泛应用。其中水是自然场景中很重要的一部分,特别是大范围水面的模拟对虚拟场景的沉浸感起到了很大的作用。由于水面运动的不规则性,特别是其与物体交互时呈现的复杂性,使水面的实时模拟成为了一个很有挑战性的课题。本文首先介绍了一种基于粒子系统的水面实时模拟算法,该算法可以非常快速并且稳定地模拟水面与物体交互产生的波浪,非常适合于实时系统的开发。该算法主要使用粒子系统跟踪波浪的产生以及扩散,来模拟因波浪而引起的水面形变。为了支持无限海面的模拟,同时加速多条船与水面交互时的水面模拟,本文引入投影网格算法,对原始基于粒子系统的水面模拟算法加以改进,使其适应于无限水面模拟。基于上述算法,本文最后实现了一个航迹模拟系统,该系统可以实时模拟海面与船交互产生的波浪效果,并将此效果叠加到基于柏林噪声模拟的海面上。同时为了增强模拟的真实性,该系统还模拟了船在海面上运行产生的泡沫效果。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-12
第1章绪论  12-18
  1.1 课题背景  12-13
  1.2 水体模拟算法概述  13-15
    1.2.1 环境式波浪的模拟  13
    1.2.2 交互式波浪的模拟  13-15
  1.3 本文的研究工作及内容组织  15-18
    1.3.1 本文的研究工作  15-16
    1.3.2 本文的内容组织  16-18
第2章基于波粒子的航迹模拟  18-37
  2.1 基于波粒子的航迹模拟原理  18-23
    2.1.1 算法概述  18-19
    2.1.2 粒子波形公式  19-20
    2.1.3 波浪的模拟  20-23
  2.2 波粒子的生成原理  23-26
    2.2.1 粒子产生的位置及其运动方向  24-25
    2.2.2 粒子的大小确定  25-26
  2.3 粒子系统的具体实现  26-36
    2.3.1 粒子生成算法  26-33
    2.3.2 粒子的更新  33-34
    2.3.3 高度图的生成  34-36
  2.4 本章小结  36-37
第3章全局海面的航迹模拟  37-48
  3.1 投影网格的概述  37-38
  3.2 投影网格算法的实现  38-43
    3.2.1 基本定义  38-39
    3.2.2 投影相机的应用  39-41
    3.2.3 算法实现  41-43
  3.3 基于投影网格的波粒子算法  43-47
  3.4 本章小结  47-48
第4章航迹模拟原型系统  48-59
  4.1 系统总体架构  48
  4.2 环境海浪的模拟  48-50
  4.3 航迹高度图与海面高度图的叠加  50-52
    4.3.1 顶点法线的计算  50
    4.3.2 海水的渲染  50-52
  4.4 船尾泡沫效果的叠加  52-55
    4.4.1 泡沫算法原理  52-53
    4.4.2 泡沫算法的实现  53-55
  4.5 航迹原型系统实现结果  55-58
    4.5.1 实验环境  55
    4.5.2 结果和分析  55-58
  4.6 本章小结  58-59
第5章总结与展望  59-61
  5.1 总结  59-60
  5.2 展望  60-61
参考文献  61-64
致谢  64-65
作者简介  65

海面实时航迹模拟算法的研究与实现

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