海洋环境的高效建模与实时绘制技术研究

摘要

海洋场景的仿真对于动画游戏、海洋勘测、航海驾驶、灾害救援等有着重要的意义。本文针对海洋场景仿真中的海浪造型、海洋环境交互、海底绘制三个关键问题进行了研究。海洋环境的仿真对海浪的真实感、实时性以及海浪区域都有较高的要求，本文在兼顾绘制效率及真实感的基础上提出了一种将海浪谱造型法与柏林噪音造型法相结合的海浪模型。在真实感海浪造型的基础上，本文还提出了基于嵌套网格的无限域海浪网格的组织方案，使得海浪能够适用于大规模的海洋场景的仿真。
　　 除了海浪绘制，海洋环境还包含船只运动、地形、天气等重要的交互因素，本文针对这三个方面分别进行了详细的讨论，提出了基于动力学的船运动模型，层次的地形绘制以及高效的雨雪天气粒子绘制系统。营造了逼真的海洋交互环境。
　　 海底绘制是海洋场景的重要组成部分，涉及到复杂的海水与光线、地形等的交互。海底场景中的复杂刻蚀、光束、散射等效果是实时绘制海底场景的难点。基于海底光学的物理机理，本文提出了基于线框绘制模式结合高斯滤波的方法来模拟精细的刻蚀效果，采用贴近真实的散射相位函数计算海底散射来模拟水下海水颜色，利用柱面组织的光束算法来模拟出海底光线效果。
　　 文章的最后进一步给出一种基于空间层次划分的海洋场景绘制优化方案，并基于GPU加速技术实现了真实感海洋场景的高效建模与实时绘制。此外，文章还构建了一个完备的海洋环境仿真系统，提供了交互参数配置、虚拟漫游、多屏输出等功能。