风浪的行为特征建模

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随着虚拟现实、分布式视算和分布式仿真技术的发展,导致了对分布三维视景的更高要求。为了满足这种要求,我们提出了一种新的建模方法,即行为特征建模方法。行为特征建模方法能更深刻地反映事物的本质,在创建模型的同时,不仅赋予模型外形、质感等表观特征,同时赋予模型物理属性和与生俱来的行为能力,并且使之服从一定的客观规律。另一方面,自然景物的模拟是计算机图形学中的一个重要研究课题,在视景仿真、计算机游戏、影视、广告等各种领域中有着广泛的用途。与模拟地形、树木、云、火等其他自然景观相比较,模拟风浪更为困难和具有挑战性。对此,我们希望结合行为特征建模思想对风浪的模拟进行一定的研究,以期提高风浪的建模效率和建模能力,使所创建的风浪模型在具有颜色等外在表观特征的同时,也具有诸如推动浮体运动这样一些行为能力。我们的研究工作主要集中在三个方面:基于规则网格模型的风浪视景渲染、基于放射状不等间距网格模型的次摆线风浪视景渲染和自由浮体对风浪的动态响应。对风浪进行物理建模是本课题研究工作的基础,为此,我们从海洋学现有研究成果出发,利用海浪频谱分析方法,建立了风浪运动的物理模型,并实现了基于海浪谱的波浪造型及显示。我们也探讨了不同的网格模型以用于表现不同的海况,其中基于规则网格模型的正弦型波比较适合表现较为平静的海况,基于规则网格模型的次摆线波比较适合表现较为狂躁的海况,而基于放射状不等距网格模型的正弦型波比较适合表现涟漪效果。此外,为了加快渲染速度,我们采用诸如三角带化和有限差分方法。为了能进一步刻画风浪的行为属性,我们将力学和计算机科学相结合,建立了一个简化的浮体动力学模型,并实现了浮体对波浪动态响应的仿真。我们在配置为赛扬2.66GHz CPU,Nvidia Geforce4 MX400显卡,256M内存的计算机上进行了实验,实验结果表明当网格分辨率为64X64,且组成波的数量为16时,浮体运动非常连续,帧渲染速度到达每秒40帧。另外,在同样的硬件配置下,当网格分辨率为64X64,且组成波的数量为8时,次摆线风浪的视景渲染速度可以达到每秒30帧,且渲染的风浪比较逼真。
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