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基于GPU虚拟海洋环境仿真技术研究与实现

作　者: 钱坤
导　师: 李自力
学　校: 华中科技大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 虚拟战场图形处理器海浪建模网格优化着色器光学效果
分类号: P7
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

虚拟战场是虚拟现实技术在军事上的应用,可以为现代化军事训练和军事研究提供基础设施,以其不受环境、政治因素制约、经费节约等优点受到各个国家的重视。任何虚拟战场都存在于一个能够模拟真实世界的自然环境中,其中海洋环境是一个重要组成部分,对其研究具有深远意义和巨大实用价值。海面场景广阔,需要大量的多边形网格来组成;另外海面场景逼真性,需要复杂环境效果来渲染。随着图形处理器(GPU)快速发展,GPU上的完全可编程能力加快了处理计算机图形数据的速度,提高了复杂效果渲染的效率。从实时性和逼真性出发,论文对海洋环境仿真研究主要包括海面场景建模和绘制,以及海面上复杂环境效果的实现。主要工作有以下几个方面:研究了基于物理模型、海浪谱模型、几何造型的海浪建模方法;并在FFT算法基础上,利用Phillips谱函数生成海面高度场,建立起海面场景的原始网格模型。为提高海面网格的绘制效率,发挥GPU上并行数据处理能力,利用改进的Geometrical MipMapping算法来优化网格,进而提高了图形绘制效率。研究了GPU上可编程技术;绘制出海上的天空场景并添加雾效果;编写不同的Shader实现水面反射、折射、菲涅尔效果等物理特效的模拟,进而提高了海面仿真的逼真感。基于上述技术,论文最后完成了海洋环境仿真演示系统,它能实时生成海面的场景,并渲染出各种自然环境效果,具有很好的实时交互性和逼真感。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-13
  1.1 研究的背景与意义  8-10
  1.2 虚拟海洋研究国内外现状  10-11
  1.3 论文的主要的研究内容和结构  11-13
2 海面场景建模与绘制研究  13-25
  2.1 海浪的基本概念  13-14
  2.2 海浪的建模方法  14-18
  2.3 基于FFT 算法海浪模型的建立  18-21
  2.4 基于GEOMETRICAL MIPMAPPING 算法对海面网格绘制优化  21-24
  2.5 本章小结  24-25
3 基于GPU 的海面环境效果研究  25-39
  3.1 可编程图形流水线  25-28
  3.2 天空场景的渲染  28-31
  3.3 海面的光学效果  31-38
  3.4 本章小结  38-39
4 基于GPU 的虚拟海洋环境仿真的实现  39-47
  4.1 系统实现总体结构  39-43
  4.2 系统实现效果与评价  43-46
  4.3 本章小结  46-47
5 结束语  47-49
  5.1 全文总结  47
  5.2 展望  47-49
致谢  49-50
参考文献  50-52

基于GPU虚拟海洋环境仿真技术研究与实现

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