虚拟现实场景中海浪的模拟

论文摘要

随着科学技术与计算机软硬件的飞速发展,计算机图形学在电影、游戏、广告、军事可视化仿真等方面得到了越来越广泛的应用。自然景物的模拟已经成为计算机图形学领域中最具挑战性的研究方向之一。而在自然景物的模拟中,海浪的模拟却是最为复杂的。与植物地形等景物相比较,海浪具有着随机性、动态性和不规则性,这些特性也给海浪的模拟增加了难度,也增加了对海浪模拟的挑战性。本文通过对海浪建模技术的分析与研究,在考虑到海浪模拟的实时性与真实感的基础上,决定以Fournier海浪模型为基础,通过对Fournier模型的改造,生成真实感和实时性较好的海浪模拟系统,本文完成的主要内容如下:首先通过对前人的虚拟海浪模拟相关工作做出了分析、总结,决定选用基于几何模型的方法绘制海浪表面。其次通过对海浪形成的分析,其受到多种环境因素的影响,我们运用到其中的一些因素来控制海浪的波形,通过对各种模拟方法的研究,选定了以Fournier海浪模型这种相对较为简单的绘制方法。再次因为上述的模型不能模拟卷浪,并且在近海岸碎浪的模拟方面,研究起步也很晚,技术不是很成熟,因此,本文在利用Fournier海浪模型对海浪模拟的同时,对其进行改造,使之能产生卷浪和碎浪的模拟。最后依据面向对象的设计原则,根据本文的算法对虚拟海浪演示系统进行实现。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题研究的背景
• 1.3 课题研究国内外发展情况
• 1.3.1 基于几何的模型
• 1.3.2 基于粒子系统的模型
• 1.3.3 基于物理的模型
• 1.4 课题的研究内容
• 1.5 结构安排
• 第二章 理论基础
• 2.1 计算机图形学
• 2.2 粒子系统
• 2.2.1 粒子系统的基本思想
• 2.2.2 粒子系统的基本模型
• 2.2.3 粒子系统的特点
• 2.2.4 粒子系统的分类
• 2.3 虚拟现实技术
• 2.3.1 虚拟现实技术的概述
• 2.3.2 虚拟现实技术应用
• 2.4 海浪波动理论
• 2.4.1 波浪运动特质参数
• 2.4.2 描述流体运动的两种方法
• 2.4.3 深水波与浅水波
• 第三章 Fournier 海浪模型的建立
• 3.1 Fournier 基本模型
• 3.2 加入影响因素的Fournier 模型
• 3.2.1 海浪波的传播方向
• 3.2.2 对波峰处进行的修改
• 3.2.3 海底地形对 Fournier 模型的影响
• 3.3 小结
• 第四章 基于Fournier 的卷浪模型的建立
• 4.1 卷浪模型
• 4.2 卷浪模型与 Fournier 模型的结合
• 4.2.1 确定卷浪的位置
• 4.2.2 对卷浪模型的变换
• 4.2.3 对算法进行描述
• 4.2.4 对算法进行分析
• 4.3 小结
• 第五章 虚拟海浪演示系统的设计与实现
• 5.1 开发环境与开发平台
• 5.2 系统模块的划分与设计
• 5.2.1 主界面控制模块
• 5.2.2 用户控制模块
• 5.2.3 地形模块
• 5.2.4 纹理模块
• 5.2.5 粒子系统模块
• 5.2.6 波浪计算系统模块
• 5.3 本章小结
• 第六章 实验结果与分析
• 6.1 虚拟海浪演示系统生成效果
• 6.2 风力控制
• 6.3 其他操作处理
• 6.4 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间公开发表论文及著作情况