虚拟海洋环境生成及场景特效研究

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1、虚拟海洋环境牛成及场景特效研究摘要海洋环境仿真在科学研究及工程应用领域具有重要的意义，如何开发真实感与实时性兼顾的虚拟海洋环境并使其为更多的仿真实体共享，加强其重用性与互操作性已成为人们研究的热点。本论文针对上述需求对在HLA中的虚拟海洋环境的开发及相关场景的特效生成进行了研究，为分布式仿真系统提供了一个具有良好的可重用性和互操作性的可视化平台。在分析波浪谱的理论基础上给出了基于Longuet—Higgins和基于FFT变换两种海浪建模方法，并对其进行仿真，分别在画面真实感和渲染速度方面进行了比较，仿真结果表明，采用FFT变换的建模方法能够具有较快的计算速度，且

2、能很好的表现各种海况下的波浪形态。在FFT变换建模的基础上对海面进行了光照及纹理的处理。针对效果渲染计算量大，影响实时性的特点，采用了Cg技术对GPU进行编程，从而使一部分效果计算在GPU中进行，分担了CPU的负担，在改善画面真实感的同时保证了仿真系统的实时性。为了使海洋场景更加逼真完整，采用天空球模型代替传统的天空盒模型对海空环境进行了改善，同时运用粒子系统制作了航迹流效果，并模拟了雨、雪、雾、夜晚等各种天气环境。为了使虚拟场景具有更快的刷新率，在算法方面采取了利用FFT变换的特点、自适应网格技术、视点相关技术及使用链表处理粒子系统四个措施来减少计算量，从而提

3、高了仿真的实时性。根据实际的仿真需求，将此海洋环境应用于某HLA分布式船舶运动仿真系统中，它有多个联邦相互交互，虚拟海洋环境作为联邦中的一员，能够接收其它联邦发送的海情、天气、船舶的运动等信息并实时进行三维显示，为仿真验证提供一个直观的展示平台。实现了虚拟海洋环境的共享和互操作性。关键词：海浪建模波浪谱傅立叶变换Cg技术粒子系统HLA虚拟海洋环境生成及场景特效研究ABSTRACTThesimulationoftheoceanenvironmenthasplayedallimportantroleinthescientificresearchandprojecta

4、pplication．PeoplepaymoreandmoreattentiononhowtodeveloptheoceanenvironmentnotonlyhasthevivideffectandrealtimebutalsoCanbesharedbymoresimulationobjects．Accordingtothesedemands，thearticlestudiesthegeneratingofthevirtualoceanenvironmentandspecialeffectsbasedonHLA，avisualplatformwhichhasb

5、etterinteractionandreuseabilityisprovidedforthesimulationsystem．TwowavemodelswhichareLonguet—HigginsandFFTbasedonwavespectrumhavebeenformedandsimulated．Comparedwiththesetwomodelsatthescene’seffectandtherateoftheframe，thesimulationresultsindicatesthatthewavemodelbasedonFFThasthehigher

6、caculationefficiency,andcanshowthewave’SformatallkindsConditionsofthesea．AddingthelightingandthetextureeffecttotheseasurfacebaseontheFFTmodel，becauseofthemagnitudecaculationoftheeffect’Srendering，theCgtechnologyisusedtocompiletheprogramforGPU，somecaculationiscarriedoutbytheGPU，SOtheC

7、PU’Sburdenisshared．Itcallbothinsurethesimulation'srealtimeandthepicture’Sreality．Forprovidingamorevividandthoroughlyvirtualoceanscene，skysphereisadoptedinsteadingofskyboxtoimprovetheeffectoftheocean’Ssky,atthesametime，usingtheparticlesystemtomakethestemwake，alsosomeweathereffectssuch

8、assnow,rain,