水体波浪三维渲染研究与应用

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水体波浪的三维渲染技术是国内外的一个热门科研课题,同时也是计算机图形学的一个重要研究分支。随着计算机信息技术以及集成硬件设备的飞速发展,以及大容量、高速、高性能计算机迅速的普及,图像处理硬件的快速发展,计算机虚拟现实技术中的水波三维渲染技术在计算机图形学中已经成为一个十分常见的需求。本课题主要依靠计算机虚拟现实技术(Virtual Reality,以下简称VR)和基于快速傅里叶变换FFT的数学物理方法来实现水体波浪三维渲染,在开源开发框架Qt下,通过基于OpenGL开发的高级三维引擎OpenSceneGraph(以下简称OSG)API应用程序接口管理的各个渲染模块来构建一个水体波浪三维渲染系统平台,并实现相关的程序算法设计。本论文以建立水体波浪高度场网格为重点,主要完成了以下几个方面的科研工作和成果:(1)从离散和连续模型两个方面研究比较了包括基于物理模型、基于波的分析、基于粒子系统以及基于统计波模型等几种水体波浪建模方法的优缺点。(2)集中利用了具有跨平台和开源特性的开发框架Qt来搭建的水体波浪的三维渲染系统的窗口。使得系统不仅可以运行在Windows上运行还可以在Linux和MacOS上运行。(3)综合利用了统计波模型的水体波浪的建模方法,通过FFT算法建立了水体波浪的高度场,然后生成水波的网格模型最后研究了着色和光照效果。(4)根据本论文所研究的设计方法,建立了一个水体波浪三维渲染系统平台,直观的呈现了水体波浪的三维效果,并构建了场景漫游、键盘鼠标人机交互等功能,提供了展示水体波浪的平台以及部分相对应的技术支持。
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