航海模拟器中气象仿真技术与应用

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1、ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterinEngineeringTheTechnologyandApplicationofWeatherSimulationinMarineSimulatorMasterCandidate：FanHuanMajor：SoftwareEngineeringSupervisor：DingShengWuhanUniversityofScienceandTechnologyWuhan,Hubei430081,P.R.C

2、hinaMay,2015I摘要现代电子计算机和虚拟现实技术的发展，使虚拟现实技术应用在航海模拟器上成为可能。在航海模拟器上使用虚拟现实技术来模拟真实船舶航行的气象环境，对船员在各种环境下的船舶驾驶培训有重要意义。航海模拟器中的气象仿真，主要是对雨、雪、雾的仿真。本文结合不同等级的气象标准数据，运用粒子系统来模拟雨雪效果，使用设置水平能见度的方法来仿真海雾，以此得到较为逼真的气象仿真场景。本文首先介绍了粒子系统的类型以及组成部分，同时阐述了图形处理器的发展和流水线实现过程；然后结合气象等级划分的数据，建立气象仿真因子之间的关系式，为实现最终仿真效果做准备；同时使

3、用空气动力学和粒子系统的基本方法，建立雨滴在降落过程中的运动方程，并采用纹理贴图提高画面的真实感；最后对粒子的生成和销毁使用新的方法以提高降雨仿真场景的帧率。对于降雪，采用和降雨类似的方法，适当改变运动方程的参数和粒子纹理来实现仿真效果；海雾则通过它与水平能见度的关系式，得到在不同能见度条件下的海雾仿真视景。最终得到的雨雪雾在航海模拟器的虚拟场景中都能流畅运行，仿真场景的真实感较强。关键词：虚拟现实；粒子系统；气象仿真IIAbstractWiththedevelopmentofmoderncomputerandvirtualrealitytechnology,

4、it’spossibletousevirtualrealitytechnologyinthemarinesimulator.Usingvirtualrealitytechnologytosimulatetheweatherofrealships’sailingisimportantforcrew’sdrivingtrainingindifferentenvironments.Rain,snowandfog’ssimulationisthemainlytargetofweathersimulationinthemarinesimulator.Combiningw

5、ithweather’sstandarddataofdifferentlevels,particlesystemsareusedtosimulaterainfallandsnowfalleffect,andthesettingsofthehorizontalvisibilityareusedtosimulatetheseafog,sotheweathersimulationscenecanberelativelyrealistic.Firstly,particlesystemsandtheircompositionareintroduced,andthenth

6、edevelopmentofgraphicprocessorsandtheprocessofpipelines’implementationaredescribed.Secondly,equationsofthefactorsofweathersimulationareestablishedtoprepareforthefinalsimulationeffect,whichiscombinedwithweatherdata.Thirdly,themotionalequationsofraindropsareestablishedbasedonthebasicm

7、ethodsofaerodynamicsandparticlesystems,andtexturemappingisusedtoimprovetheimages’effectofdisplay.Finally,newmethodsareusedtoimprovetheframerateofrainfallinparticles’generationanddestruction.Forsnowfall’ssimulation,similarmethodsofrainfall’ssimulationaretakentorealizethesimulationbyc

8、hangingtheequations