虚拟海洋多场景要素实时绘制算法研究

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1、硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION论文题目虚拟海洋多场景要素实时绘制算法研究作者姓名范福鼎学科专业计算机科学与技术指导教师唐勇教授2016年5月中图分类号：TP391.9学校代码：10216UDC：004密级：公开工学硕士学位论文虚拟海洋多场景要素实时绘制算法研究硕士研究生：范福鼎导师：唐勇教授申请学位：工学硕士工程领域：计算机科学与技术所在单位：信息科学与工程学院答辩日期：2016年5月授予学位单位：燕山大学ADissertationinComputerScienceandTechnologyRESEARCHONTHEREAL-TIM

2、ERENDERINGALGORITHMOFMULTISCENEELEMENTSINVIRTUALOCEANbyFanFudingSupervisor:ProfessorTangYongYanshanUniversityMay,2016燕山大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《虚拟海洋多场景要素实时绘制算法研究》，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将

3、完全由本人承担。作者签字：日期：年月日燕山大学硕士学位论文使用授权书《虚拟海洋多场景要素实时绘制算法研究》系本人在燕山大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归燕山大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解燕山大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权燕山大学，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。(请在以上相应方框内打―√‖)作者签名：日期：

4、年月日导师签名：日期：年月日摘要摘要无论在虚拟的大型3D游戏、影视作品中，还是在海洋勘探等领域，大规模海洋仿真有着非常重要的应用。目前的海洋仿真研究中大多聚焦在海面建模层面，或者只实现某一个海洋光学表现效果，没有一种实现海洋多场景要素实时仿真的方法，局限性很大。为实现更为逼真的海洋多场景要素仿真，本文主要从两大方面进行算法研究，分别为海洋与物体双向交互研究和海洋整体光学效果研究。首先，针对海洋水体水面区域范围广大的问题，为在保证真实性的情况下更好的满足实时性要求，采用基于LOD技术的放射性网格与投影网格分别进行建模，结合基于海洋统计学模型的统一的长短波频

5、谱进行快速傅立叶逆变换求得水面高度场，实现具有多参数可调可控实时大规模海洋场景。其次，针对在海洋与物体双向交互尤其在海面对物体作用时仿真度不高的问题，提出一种基于物理刚体动力学的有限体积元法求解海水对物体作用力，该算法能对包括凹多面体网格在内的多种形状的物体进行正确的受力计算。在物体对海洋作用方面，引入粒子系统方法实现物体落水激起浪花效果。再次，在海洋与光照交互方面，基于渲染到纹理的方法实现海面反射与折射，引入Blinn-phong光照模型实现海面高光反射；针对目前大多仿真程序在海洋与岛屿地形边界处不能正确过渡问题，提出通过优化菲涅耳系数求解并对菲涅耳系

6、数进行修正以及在地形边界添加泡沫效果的方法实现这两种不同介质的柔和过渡效果；为实现海洋三维立体场景效果，引入全局雾实现模糊海下效果，采用基于刻蚀图的方法实现水下刻蚀光斑效果。最后，利用Unity3D游戏引擎和高级着色语言Cg设计并实现大规模虚拟海洋多场景要素仿真系统，所有效果均为实时计算渲染得到。实验结果表明，采用文中方法能够对大规模虚拟海洋多场景要素进行实时高效的模拟，效果逼真且有很高的实时性。关键词：虚拟海洋；多场景要素；有限体积元；液固交互；光学效果；边界处理-I-燕山大学工学硕士学位论文AbstractThesimulationofoceanha

7、salwaysplayedimportantrolesinvirtual3Dgames,films,theoceanexplorationandotheraspects.Thepresentresearchmostlyfocusedontheoceansurfacemodeling,oronlyoneoceanopticaleffect,whichhasgreatlimitations.Thereisnomethodwhichcanrealizethemultioceansceneelementsinrealtime.Toachievemorereali

8、sticsimulationofmultioceansceneelements,