探索航海模拟器视景中大规模近岸海浪的模拟

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1、大连海事大学博士学位论文航海模拟器视景中大规模近岸海浪的模拟姓名：李永进申请学位级别：博士专业：交通信息工程及控制指导教师：金一丞20091201中文摘要摘要目前航海模拟器中几乎所有的练习区域都是在近岸海域，但国内外现有的模拟器却基本上都在使用开阔海域的海浪模型，这些模型显然不能正确地模拟近岸海浪的各种效果。为了提高航海模拟器视景中海浪的真实感，本文通过研究现有的各种海浪模型，提出了一系列模拟大规模近岸海浪的方法。对于近岸海面运动的模拟，针对不同面积的海域提出了不同的方法。面积在100kin2左右的海域，先

2、用Boussinesq类方程直接解出整个模拟海域一段时间的海面高度场序列，在绘制时再将其重新合成“无限长"的高度场序列来模拟海面的运动。面积在500kin2左右的海域，先用椭圆型缓坡方程求解出模拟海域复数的波高分布，再根据这些值用指数曲面拟合海面运动。面积在2500km2左右的海域，先用抛物型缓坡方程求解模拟海域的波浪参数分布和一个瞬时海面高度场，再利用这些参数用余弦曲面拟合海面运动。面积在10000km2左右的海域，先用SWAN模型在一个粗糙的网格上求解模拟海域的波浪参数分布，再根据这些参数和视点位置用快

3、速傅立叶变换的方法拟合视野内海面的运动。对于近岸海面几何建模与绘制，提出一种视点相关的扇形海面网格，提出基于可编程图形处理器的绘制方法来模拟海面的反射、折射、泡沫、眩光等光影效果。本文提出的这些方法已应用于大连海事大学搜救模拟器和浙江海洋学院航海模拟器等系统。实际应用情况证明，采用本文方法模拟的大规模近岸海浪物理真实感强，视觉效果逼真，绘制效率较高，适用于航海模拟器等实时虚拟现实系统。关键词：近岸海浪模拟；海面绘制l航海模拟器英文摘要AbstractThecurrentmarinesimulatorsare

4、basicallyunabletosimulate也evariouseffectsofnearshorewavecorrectly．Thispaperintroducesaseriesofmethodstosimulatelargeareanearshorewaveformarinesimulatorbasedonthevariousexistingwavemodels．Forsimulatingnearshorewave’smovement，differentmodelsandmethodsareadop

5、tedaccordingtotheareaofthesimulationregion．Fortheseaareaofabout100km2，seasurfaceheightfieldsinaperiodoftimeareobtaineddirectlybysolvingtheBoussinesq-typeequationsandthesequenceoftheseheightfieldsarerearrangedtomakethem‘‘timeless”whenrendering．Fortheseaarea

6、ofabout500krn2，ellipticmild—slopeequationisusedtocomputetheparametersdistributionoftheseasurface’Smovement，andatime-varyingexponentialsurfaceisusedtomodelthesurfaceatruntime．Fortheseaareaofabout2500kin2，parabolicmild-slopeequationisusedtocomputethedistribu

7、tionofthesimulationregion’Swaveparameters，andatime-varyingcosinesurfaceisusedtomodeltheseasurface．Fortheseaareaofaboutl00001an2，SWAN(SimulatingWavesNearshore)modelisusedtocomputethedistributionofthesimulationregion’Swaveparametersonacoarsegrid,andtheFastFo

8、urierTransformation(FFDbasedmethodisusedtogenerateasmallheightfieldaroundtheviewpointdynamically，whichisusedasvertextextureandbetiledonthewholeseasurface．Seasurfaceheightsaremodifiedwhentilingthevertextexture