本文關(guān)鍵詞：航海模擬器視景系統(tǒng)中使用波數(shù)譜的海浪繪制

  更多相關(guān)文章： 航海模擬器視景 海浪繪制 波數(shù)譜 快速傅里葉逆變換 白浪

【摘要】：逼真的海浪繪制有助于提高航海模擬器視景系統(tǒng)的環(huán)境真實感。本文選擇使用波數(shù)譜法作為航海模擬器視景系統(tǒng)的海浪繪制算法,對該算法進行了詳細研究。Phillips譜是使用波數(shù)譜法常用的波數(shù)譜,但該譜的譜常數(shù)在相關(guān)文獻中并未給出。分析了Phillips譜的結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)Phillips譜的頻率譜與P-M譜接近,令P-M譜與Phillips譜具有相同的勢能,計算出Phillips譜的譜常數(shù),解決了實際應(yīng)用中譜常數(shù)依據(jù)不足的問題。用Phillips譜進行繪制,繪制結(jié)果出現(xiàn)波幅畸變；用其他波數(shù)譜進行繪制,也出現(xiàn)波幅畸變。針對該問題,提出了波幅畸變的校正方法。使用波數(shù)譜法由Tessendorf提出。重新推導(dǎo)了使用波數(shù)譜法,得到的海面高程和Choppy波向量的傅里葉系數(shù)均包含波數(shù)譜和波數(shù)向量離散積分域面積。比較發(fā)現(xiàn),Tessendor的傅里葉系數(shù)不包含波數(shù)向量離散積分域面積,這導(dǎo)致繪制結(jié)果出現(xiàn)波幅畸變。根據(jù)本文推導(dǎo)結(jié)果,對傅里葉系數(shù)進行修正,波幅畸變問題得到解決。osgOcean等開源程序使用了Tessendorf的算法,這些開源程序使用人為方法減小過大的振幅,這種人為方法雖有效但缺少理論依據(jù)。上述開源程序的海浪勢能與本文方法的海浪勢能接近,這印證了本文方法的有效性。采用以海面質(zhì)點垂直方向加速度為判據(jù)的方法繪制白浪,在該方法中提出了一種連續(xù)型白浪覆蓋率模型。給出了海面質(zhì)點垂直方向加速度的快速傅里葉逆變換形式。該模型用海面質(zhì)點垂直方向加速度計算白浪覆蓋率,模型參數(shù)通過標準遺傳算法確定,通過調(diào)整參數(shù)可控制白浪消逝的時間。該模型計算的白浪覆蓋率的均值與使用統(tǒng)計模型計算的白浪覆蓋率相等。將計算所得的白浪覆蓋率作為融合因子融合海面像素顏色和白浪紋理顏色,實現(xiàn)白浪的實時繪制。繪制的白浪可以較準確的反映風(fēng)對白浪的影響,與實拍照片接近,符合蒲式風(fēng)級的描述。
【關(guān)鍵詞】：航海模擬器視景 海浪繪制 波數(shù)譜 快速傅里葉逆變換 白浪
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U666.158
【目錄】：

• 創(chuàng)新點摘要5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 緒論11-22
• 1.1 航海模擬器概述11-14
• 1.2 航海模擬器的視景系統(tǒng)14-15
• 1.3 航海模擬器視景系統(tǒng)對海浪繪制的要求15-16
• 1.4 本課題的研究內(nèi)容及意義16-18
• 1.5 本文各章節(jié)內(nèi)容簡介18-22
• 第2章 流體與海浪繪制綜述及算法的選擇22-35
• 2.1 基于計算流體力學(xué)模型的流體與海浪繪制22-27
• 2.1.1 基于Euler法的流體繪制22-24
• 2.1.2 基于Lagrange法的流體與海浪繪制24-27
• 2.2 基于Perlin噪聲模型的海浪繪制27-28
• 2.3 基于視頻數(shù)據(jù)的流體與海浪繪制28-29
• 2.4 基于Gerstner波模型的海浪繪制29-32
• 2.4.1 使用線性波模型法30
• 2.4.2 使用方向譜法30-31
• 2.4.3 使用波數(shù)譜法31-32
• 2.5 航海模擬器視景系統(tǒng)中海浪繪制算法的選擇32-34
• 2.6 本章小結(jié)34-35
• 第3章 使用波數(shù)譜法繪制海浪35-71
• 3.1 頻率譜,方向譜和波數(shù)譜35-41
• 3.1.1 頻率譜,方向譜和波數(shù)譜的含義35-36
• 3.1.2 頻率譜,方向譜和波數(shù)譜的關(guān)系36-37
• 3.1.3 常用的頻率譜和方向分布函數(shù)37-41
• 3.2 使用波數(shù)譜的海浪繪制算法41-42
• 3.2.1 算法的提出41
• 3.2.2 算法存在的問題41-42
• 3.3 Phillips譜的譜常數(shù)計算42-45
• 3.3.1 Phillips譜的頻率譜和方向分布函數(shù)42-43
• 3.3.2 Phillips譜的頻率譜與P-M譜的比較43-45
• 3.4 繪制中的波幅畸變現(xiàn)象45-49
• 3.5 波幅畸變的校正49-59
• 3.5.1 快速傅里葉變換及逆變換49-54
• 3.5.2 使用波數(shù)譜的海浪繪制算法的完整推導(dǎo)54-58
• 3.5.3 用推導(dǎo)結(jié)果繪制海浪58-59
• 3.6 波幅畸變校正方法的比較研究59-68
• 3.6.1 與Tessendorf的使用波數(shù)譜的海浪繪制算法的比較60-62
• 3.6.2 與osgOcean等開源程序的比較62-67
• 3.6.3 與使用方向譜法的比較67-68
• 3.7 海浪譜參數(shù)對波形的影響68-70
• 3.8 本章小結(jié)70-71
• 第4章 白浪的實時繪制71-87
• 4.1 白浪繪制的相關(guān)工作71-75
• 4.2 以海面質(zhì)點垂直方向加速度為判據(jù)的白浪繪制75-86
• 4.2.1 海面質(zhì)點波陡的計算75-78
• 4.2.2 海面質(zhì)點垂直方向加速度的計算78
• 4.2.3 白浪覆蓋率的計算78-82
• 4.2.4 白浪繪制中連續(xù)型白浪覆蓋率模型的應(yīng)用82-86
• 4.2.5 海面像素的融合86
• 4.3 本章小結(jié)86-87
• 第5章 大尺度海浪的繪制87-106
• 5.1 航海模擬器視景系統(tǒng)中場景的組織結(jié)構(gòu)87-88
• 5.2 海面網(wǎng)格的構(gòu)造及海浪繪制的流程88-95
• 5.2.1 海面網(wǎng)格的構(gòu)造88-91
• 5.2.3 海浪繪制的流程91-95
• 5.3 白浪的繪制結(jié)果95-98
• 5.4 白浪繪制結(jié)果的分析與比較98-104
• 5.4.1 白浪繪制結(jié)果與實拍海面和蒲式風(fēng)級的比較98-100
• 5.4.2 白浪繪制結(jié)果與以往文獻中繪制結(jié)果的比較100-103
• 5.4.3 海面白浪覆蓋率與經(jīng)驗公式計算白浪覆蓋率的比較103-104
• 5.5 本章小結(jié)104-106
• 第6章 結(jié)論與展望106-109
• 參考文獻109-123
• 攻讀學(xué)位期間公開發(fā)表論文123-124
• 致謝124-126
• 作者簡介126

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