【摘 要】
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随着科学技术的发展以及人们需求的增加,拥有丰富资源的海洋倍受关注。海面的三维可视化一直是计算机图形学研究的热点和难点之一。海浪的模拟和可视化可用在军事、影视以及虚拟现实等领域。由于研究水平的不断提升,对海洋的模拟要求也更高,不仅需要提升模拟的真实感,还需要保证模拟的效率。现阶段对海洋的模拟无法兼顾真实感和实时性。本文基于此背景对高真实感海面进行研究和仿真。本论文的主要研究内容以及创新性成果如下:1
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随着科学技术的发展以及人们需求的增加,拥有丰富资源的海洋倍受关注。海面的三维可视化一直是计算机图形学研究的热点和难点之一。海浪的模拟和可视化可用在军事、影视以及虚拟现实等领域。由于研究水平的不断提升,对海洋的模拟要求也更高,不仅需要提升模拟的真实感,还需要保证模拟的效率。现阶段对海洋的模拟无法兼顾真实感和实时性。本文基于此背景对高真实感海面进行研究和仿真。本论文的主要研究内容以及创新性成果如下:1.基于快速傅里叶变换的大规模海洋实时模拟。为了实时模拟大范围海面,提出了一种全新的基于海浪谱和LOD（Levels of Detail）算法的海面模拟方法,在快速傅里叶变化模拟海面的基础上引入了 LOD算法以及Cook-Torrance光照模型,实现了无限海域的高真实感实时模拟。该方法可以快速实现大范围海面的起伏特性仿真,有较好的周期特性。2.基于N-S物理模型的高真实感卷浪实时模拟。提出了一种新的基于物理模型的卷浪分层模拟方法,该方法将卷浪模拟分为基本波面以及卷曲波面模拟。首先对Navier-Stokes物理模型进行简化得到浅水波方程,求解浅水波方程得到基本海面的形状;再引入NURBS（Non-Uniform Rational B-Splines）卷浪曲面建造曲面库,而后定位原有波峰位置,确保卷浪曲面与基础海面的无缝融合;同时引入粒子系统来模拟浪花效果,最终实现了高真实感卷浪实时场景模拟。
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