海洋是近年来各国竞相研究开采的领域,随着CPU、GPU等芯片的处理能力的快速提升,虚拟现实技术也越来越火热,将其运用于海洋领域也是各位研究学者争相研究的重点。由于海洋环境复杂多样,海洋模拟变得非常具有挑战性。海洋表面存在着大量的随机风,对随机风场下的海面进行仿真研究是一个非常具有挑战性的课题。本文主要研究随机风场下的海面仿真,重点是提升海面场景仿真的实时性与真实性。首先,研究随机风场下的海浪的模拟方法。针对随机风场下的海浪模拟仿真研究不足,真实感不强的问题,借鉴粒子系统思想,提出一种改进的基于基波建模的海浪建模仿真方法。海洋表面被认为是许多不同大小的波块的组合,称为基本块。每个基波块中波浪是有许多组成波构成。基波块中的波浪吸取Gerstner模型的尖削效果,和Languet-Higgins模型占用资源少,计算方便的优点,对建模方法进行改进,加入控制海浪波形的控制因子,使基波表现为受随机风场的影响特性。之后构建海平面网格,进而根据本文方法并借助GPU进行顶点拾取和纹理映射叠加生成海面高度场。实现了随机风场下的海浪模拟仿真。其次,对海面场景的光照效果进行渲染的方法进行研究。本文先对光照的特性加以介绍,之后引出几种常用的光照模型,针对海面对于光照的漫反射反射较强的特点,对Lambert漫反射模型进行改进,将光强在某一阈值之下的入射光强增强,并结合BlinnPhong光照模型计算速度快的特点提出一种改进的光照模型,增加了光照的亮度值,使得对海面光照漫反射的渲染更加真实,增强了海面仿真的真实感。最后,本文对LOD技术及裂缝的消除方法进行研究。在大范围海面仿真研究当中,CPU的计算资源是有限的,一般针对绘制效率问题通常会使用LOD技术。而利用LOD模型对场景进行绘制的时候会产生裂缝。本文先对常用的LOD模型进行说明。然后对基于LOD模型技术所产生的裂缝的成因和常用消除办法进行研究,针对目前方法对于不同层级的裂缝具有局限性,提出一种改进的裂缝消除方法。该方法不受网格层次的限制,并且可以在保持模型表面的连续性的同时平滑地消除裂缝。