本文關(guān)鍵詞： 深海模擬 泡沫模擬 GPU CUDA　出處：《燕山大學(xué)》2014年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：海浪泡沫是海洋中一種常見(jiàn)的自然現(xiàn)象，在虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用、計(jì)算機(jī)游戲以及電影特效中，泡沫效果極大地影響著用戶的真實(shí)感體驗(yàn)。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備的不斷更新和相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展，大規(guī)模海洋場(chǎng)景的繪制越來(lái)越受到計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究者的關(guān)注。泡沫作為海浪最生動(dòng)的體現(xiàn)，，其逼真度對(duì)海洋模擬起到很重要的作用。本文針對(duì)海浪泡沫不真實(shí)和不完善的問(wèn)題，提出一種改進(jìn)海浪泡沫模擬的新方法。 首先，為了構(gòu)建動(dòng)態(tài)海浪，利用Phillips頻譜計(jì)算海浪頻域的振幅值，通過(guò)快速傅立葉逆變換(IFFT)將頻域的振幅值轉(zhuǎn)換到空間域的高度值，從而構(gòu)建海面高度場(chǎng)。由于Phillips頻譜是從真實(shí)海洋中得到的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，從而能夠模擬出高真實(shí)感的深海海浪。 其次，在快速傅立葉變換反演海浪譜計(jì)算生成高度場(chǎng)的基礎(chǔ)上，使用CUDA對(duì)頻域振幅值進(jìn)行多線程并行運(yùn)算，節(jié)省FFT算法的計(jì)算時(shí)間。對(duì)構(gòu)建好的海面網(wǎng)格進(jìn)行GPU渲染，計(jì)算每個(gè)像素的顏色值，得到不同光照環(huán)境下海洋場(chǎng)景的模擬。 再次，為了降低波濤洶涌的海浪上泡沫的重復(fù)性，生成真實(shí)感較強(qiáng)的海洋效果，提出一種修正函數(shù)得到基于全局坐標(biāo)的動(dòng)態(tài)閾值條件來(lái)控制泡沫生成，并降低其周期重復(fù)性的方法。在海洋模擬中使用平鋪的小補(bǔ)丁構(gòu)造深海海洋表面能夠減少計(jì)算量。但是這種方法導(dǎo)致海洋表面的泡沫有明顯的重復(fù)性，嚴(yán)重影響了模擬效果的逼真度和真實(shí)感。針對(duì)這一問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一個(gè)動(dòng)態(tài)閾值條件用于決定是否在海面的某像素點(diǎn)上顯示泡沫從而減少泡沫的重復(fù)性。 最后，利用OSG開(kāi)源圖形庫(kù)、圖形架構(gòu)CUDA和OpenGL高級(jí)著色語(yǔ)言GLSL設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了深海海浪及泡沫的仿真系統(tǒng)。
[Abstract]:Wave foam is a common natural phenomenon in the ocean. In the application of virtual reality, computer games and movie special effects, the bubble effect greatly affects the user's real experience in recent years. With the continuous updating of computer hardware and the rapid development of related technology, large-scale ocean scene rendering has been paid more and more attention by computer graphics researchers. Foam is the most vivid embodiment of ocean waves. The fidelity plays an important role in ocean simulation. In this paper, a new method to improve the simulation of ocean wave foam is proposed to solve the problem of unreality and imperfection of ocean wave foam. Firstly, in order to construct dynamic wave, the amplitude value of frequency domain is calculated by using Phillips spectrum, and the amplitude value of frequency domain is converted to the height value of space domain by inverse Fourier transform (FFT). Because the Phillips spectrum is the statistical data obtained from the real ocean, it can simulate the deep-sea waves with a high sense of reality. Secondly, on the basis of fast Fourier transform (FFT) inversion of wave spectrum to generate height field, CUDA is used to perform multithreading parallel computation of amplitude in frequency domain. The computation time of FFT algorithm is saved, and the constructed sea surface mesh is rendered by GPU, the color value of each pixel is calculated, and the simulation of ocean scene under different illumination environment is obtained. Thirdly, in order to reduce the repeatability of the foam on the rough waves and to produce a realistic ocean effect, a modified function is proposed to obtain the dynamic threshold condition based on the global coordinates to control the foam generation. The method of reducing its cycle repeatability. The use of small patches in ocean simulation to construct deep ocean surface can reduce the computational burden. But this method leads to the foam of ocean surface has obvious reproducibility. In order to solve this problem, a dynamic threshold condition is designed to determine whether to display the foam at a pixel point on the sea surface to reduce the foam repeatability. Finally, the simulation system of deep sea wave and foam is designed and implemented by using OSG open source graphics library, graphic architecture CUDA and OpenGL advanced coloring language GLSL.
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：P731.2;TP391.41

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本文編號(hào)：1490259