屏幕空间海洋场景的真实感绘制

摘要

海洋场景的真实感建模及实时绘制技术在军事国防、航海仿真、虚拟现实、影视特技、游戏制作等领域都有重大的应用价值。基于屏幕空间的SPH流体绘制技术虽然能达到实时绘制的目的，仍存在着场景细节真实感不足的缺点:平滑表面时体积缩小、飞溅水花易出现大团水块、无泡沫浪花细节等。为解决以上问题，本文展开了对屏幕空间海洋场景的真实感绘制研究的工作。本文的主要内容如下:
　　 第一章先论述了本文的课题背景，再介绍了国内外现有的关于海洋场景建模与绘制技术及其发展历史，然后阐明本文的主要工作。
　　 第二章首先介绍了SPH流体模拟的理论与方法，随后阐述了SPH流体与基于面片场景的交互方法理论及实现，提出了一种基于碰撞加迭代的预测修正算法来解决流体与面片场景交互的边界问题。
　　 第三章首先简述屏幕空间SPH流体绘制技术，然后提出了一种基于法向的拉普拉斯平滑新算法来有效地改善屏幕空间SPH流体动态模拟时易出现体积缩小的问题，并提出了一种基于分类粒子各向异性变换来解决飞溅大粒子的失真现象，改进了动态海洋场景的视觉效果。
　　 第四章针对目前屏幕空间海洋场景模拟缺少真实感细节的问题，提出了一个新的基于表面张力及动态粒子密度模型的表面曲率准则来快速有效地检测泡沫浪花区域，并在SPH模拟框架内采用随机纹理来实时生成泡沫浪花的效果。最后，通过设计GPU优化加速方案，成功地实时绘制出海滩灯塔等具有真实感细节的海洋动态场景。
　　 在本文的最后，作者对全文的研究工作进行了总结，并提出了本课题进一步研究的方向。

目录

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摘要

图目录

表目录

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 课题背景

1．3 海洋场景建模与绘制技术

1．3．1 参数式建模方法

1．3．2 物理模拟方法

1．3．3 泡沫等细节绘制方法

1．4 本文的工作

1．5 本章小结

第2章 SPH交互模拟时漏水现象的修正

2．1 引言

2．2 SPH理论基础

2．2．1 密度计算

2．2．2 压力计算

2．2．3 粘滞力计算

2．2．4 外力计算

2．3 SPH流体与面片场景交互作用

2．3．1 网格化

2．3．2 碰撞检测

2．3．3 面片作用力反馈

2．4 漏水现象的碰撞迭代预测修正

2．5 本章小结

第3章 屏幕空间海浪场景的真实感绘制

3．1 引言

3．2 屏幕空间流体绘制方法

3．2．1 各向异性表面建模

3．2．2 屏幕空间平滑

3．2．3 流体场景表面绘制

3．3 流体表面平滑时体积缩小的改进

3．3．1 基于法向的拉普拉斯表面平滑

3．3．2 平滑效果及对比分析

3．4 飞溅大粒子及水块簇的失真绘制改进

3．4．1 基于分类粒子的各向异性变换

3．4．2 各向异性变换绘制结果对比图

3．5 本章小结

第4章 海浪场景细节实时绘制技术

4．1 引言

4．2 基于流体表面张力和粒子密度分布的泡沫浪花检测

4．2．1 基于流体表面张力的预测因子

4．2．2 基于粒子密度分布的形状预测因子

4．2．3 基于邻域粒子数的泡沫和浪花区分原则

4．3 泡沫浪花效果的实时绘制

4．4 绘制结果

4．5 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 本文的总结

5．2 未来工作的展望

参考文献

攻读硕士学位期间主要的研究成果

致谢