论文摘要
三维图形显示是现代计算机应用的一个重要的内容。如何真实快速的表达自然环境是图形学研究的一个主要方面。这主要是由于对自然环境的更好模拟能够增强计算机虚拟世界的真实感。水是真实自然环境的重要组成部分，由于确定水的形态需要大量的物理计算，在实时环境中模拟基于流体力学的物理模拟是不可能的。因此如何模拟水的表现也一直是图形学研究的热点之一。主要研究了基于Gerstner水波的水效果实时渲染技术，具体的研究内容和采用的方案如下：1．设计基于实时渲染的系统结构和模型。水实时渲染系统的模型和结构，使用设计模式对实时渲染系统进行了归纳和设计，封装了实时系统中的变化部分。使用MVC(模型视图控制器)方法来表达实时环境漫游系统的整体结构。使用strategy模式对系统算法的变化进行了封装。使用了Command，Observer模式对输入与系统的交互进行了封装。2．基于Gerstner波进行了水效果模拟的实现和改进。(1)使用Gerstner波来模拟水的效果。在实时系统中采用了HLSL编写Gerstner波形的计算方程，模拟了Gerstner水波的效果。(2)使用波峰移动的方法改进了Gerstner方法，用来模拟大范围水表面的自然波动效果。可在江河湖海的强烈波动效果模拟上得到非常好的显示效果。(3)分析了使用Gerstner波模拟的显示结果，指出了结果的优点和不足。并提出了改进的方法。主要特色点是：1．设计了一种可复用的系统结构。使用设计模式进行封装的系统能够满足渲染代码和外部专家系统的变更。2．使用HLSL模拟了Gerstner波形。3．改进了Gerstner波形模拟方法，更好的模拟大范围水域表面波的方法。尽管对Gerstner算法的改进得到很好的显示结果，但是在模拟强力波动时不能够表现出水波的流动和倾倒水的效果，可以使用粒子效果来对水的条跳动进行模拟。另外，在水波模拟过程中，由于时间关系，没有能够很好的表达出水效果的其他方面，如表面辉光，衍射等现象，在今后的工作中需要增加更多的实时水效果。