探析交互式动态水面建模与绘制方法研究

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1、中国海洋大学硕士学位论文交互式动态水面建模与绘制方法研究姓名：姚淑然申请学位级别：硕士专业：计算机应用技术指导教师：秦勃20090601交互式动态水面建模与绘制方法研究摘要虚拟现实技术是二十世纪末诞生的一门综合性信息技术。该技术涉及多个学科领域并融合了多种信息技术的最新发展成果。它的出现直接改变了人们以往观察、研究事物的方式，为人们创建并体验虚拟世界提供了强有力的技术支持。水是生活中常见的一种事物，在虚拟场景中，水面模拟的好坏将直接影响整个场景的真实程度。另外，水与人们的生活息息相关，水面仿真的研究无论对人们的生活还是科研工作都具有十分重要的意义。动态水面的仿真历来是虚拟现实和计算机

2、图形学领域中研究的热点和难点问题。水面模拟之所以困难很大程度上是由于水的特殊性质决定的。首先水是一种没有固定形状的液体，其运动由于受到很多不确定性因素的影响几乎没有规律可循；其次是因为水中包括很多复杂的光学现象，例如光的反射和折射等；最后，很难在水面渲染的真实度与实时性之间找到平衡。自二十世纪七十年代起，人们就开始了对水面仿真的研究，期间提出了很多优秀的水面建模与绘制方法。近年来，随着可编程GPU的产生及高级着色语言的发展，人们对水面仿真的研究进入了一个新的阶段。本文的目的是要找到一种具有较高真实度的可交互的快速水面绘制方法。在对以往各种水面建模与绘制方法进行研究的基础上，提出了一种

3、基于GPU的可交互水面绘制方法。该方法基于BenHumphrey提出的一种使用投影纹理映射和移动纹理技术的水面绘制思想，并在此基础上对其模型进行了简化，直接通过计算视点距离水面的远近来决定反射纹理与折射纹理在水面颜色中所占的比例。同时添加了可以实时改变水的运动方向和流速、光照强度以及波浪大小等因素的交互性，使得操作者能够根据需要实时调整水面的状态。该方法通过投影纹理映射技术来渲染水的反射和折射，并通过移动纹理技术实现了水面的运动效果，其中的大部分渲染过程都是在GPU中完成的，从而使得CPU从大量的计算中解放出来，实验证明这种方法能够在保证较快渲染速率的基础上得到具有较高真实度的水面效

4、果。最后，由于该模型比较简单，所以能够方便的嵌入到各种场景中，具有一定的科研与实用价值。关键词：虚拟现实；水面模拟；可交互性；GPU编程；AResearchofInteractiveDynamiCWater—surfaceModeIingandRenderingAbstractVirtualRealityisallintegratedinformationtechnologywhichemergedattheendof20thcentury．Thistechnologyinvolvesofanumberofdisciplinesandavarietyoflatestresultinm

5、anyinformationtechnologies．Itsoccurrencechangedthewaythatpeopleusedtoobserveandstudythings．Peoplecallcreateandexperiencethevirtualworldwiththesupportofthistechnology．Waterisverycommoninthenature，SOthequalityofwatersimulationwillinfluencetherealdegreeofthewhdescene．Otherwisewaterisveryrelatedtop

6、eople’Sdailylives，SOdynamicwater-surfacesimulationhasgreatsignificancetolivesandscientificresearchofthepeople．Theresearchofdynamicwater-surfacesimulationisahotissueinVLrtualReality．Thedifficultofdynamicwater-surfacesimulationisdecidedbythespecialnatureofwater．First，waterisanirregularliquid，whos

7、emotionisverycomplicatebecauseofmanyuncertainfactors；Secondlybecauseofthereismuchopticalphenomenainthewatersuchaslightreflectionandrefraction．Andthelastisthatitisdifficulttofindoutabalancebetweenrealdegreesandrenderingspeed．Since1