【摘要】：海洋的各種漩渦模擬是海洋災(zāi)害預(yù)警、海洋災(zāi)害評(píng)估、影視動(dòng)畫作品、3D游戲、虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境等不可或缺的元素,但由于其形成和表現(xiàn)形式的復(fù)雜程度很難在實(shí)時(shí)的條件下取得較真實(shí)的表現(xiàn),因此本文旨在研究一種具有一定適應(yīng)性的海洋漩渦實(shí)時(shí)生成方法。首先,針對(duì)海洋漩渦形態(tài)的復(fù)雜多變,引入費(fèi)曼物理講義中流體力學(xué)部分對(duì)于漩渦結(jié)構(gòu)描述的公式,提出漩渦輪廓函數(shù)模擬其三維表面,構(gòu)造出靜態(tài)海洋漩渦的輪廓函數(shù),可以在任意位置生成不同形態(tài)的漩渦,豐富了海洋現(xiàn)象仿真,因?yàn)槎魏瘮?shù)運(yùn)算量不大的原因,提高了實(shí)時(shí)性。其次,針對(duì)漩渦表面細(xì)節(jié)不夠的問題,引入水面波動(dòng)函數(shù),豐富漩渦表面細(xì)節(jié);并且針對(duì)邊界問題,利用二次函數(shù),解決多層次細(xì)節(jié)問題,避免了漩渦邊界與海洋的網(wǎng)格撕裂問題,增強(qiáng)了真實(shí)感;并且針對(duì)海洋漩渦實(shí)時(shí)性,采用通用并行計(jì)算架構(gòu)CUDA加速技術(shù),進(jìn)一步提高了實(shí)時(shí)性。再次,針對(duì)漩渦發(fā)生時(shí)的并發(fā)性,通過調(diào)節(jié)漩渦輪廓函數(shù)的相應(yīng)因子,能在任意位置方便地生成多個(gè)大小不等的漩渦;針對(duì)漩渦運(yùn)動(dòng)的特性,根據(jù)其與引力場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的相似性引入Navier-Stokes方程求解出漩渦切線速度和向心速度,得出漩渦在海洋表面運(yùn)動(dòng),解決了漩渦運(yùn)動(dòng)軌跡難以描述的問題;針對(duì)漩渦之間相互融合形態(tài)變化的問題,調(diào)節(jié)相應(yīng)因子,實(shí)現(xiàn)了多個(gè)漩渦之間相互融合的仿真;并且與孟慶國(guó)在方形腔體中利用物理方法模擬的漩渦進(jìn)行對(duì)比,然后針對(duì)方形腔體中的限制,模擬了不同大小的漩渦形態(tài)交融;最后實(shí)現(xiàn)了漩渦與剛體物體的交互,并且使用了shader加速整個(gè)計(jì)算過程,再次提高了實(shí)時(shí)性。最后,針對(duì)跨平臺(tái)不容易移植的問題,本文分別在專業(yè)的圖形程序接口Open GL、通用并行計(jì)算架構(gòu)CUDA平臺(tái),OSG Ocean平臺(tái)和Unity3D平臺(tái)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。
【圖文】：

型的具體數(shù)學(xué)實(shí)現(xiàn)方法。2.1 建立海洋漩渦輪廓函數(shù)模型如圖2-1所示，，這是一個(gè)在真實(shí)的物理環(huán)境中生成的漩渦。從費(fèi)曼物理[41]中引用。圖 2-1 費(fèi)曼物理講義中的環(huán)流示意圖早在許多年前，費(fèi)曼在其物理學(xué)講義中對(duì)于實(shí)驗(yàn)室中模擬出的小型漩渦有論述，他將這一現(xiàn)象歸納到了環(huán)流之中，并且對(duì)其進(jìn)行了研究，若在一個(gè)圓柱型的容器內(nèi)倒?jié)M水，用一棍子攪起一些環(huán)流，然后在其底部打開一個(gè)小孔，這時(shí)會(huì)發(fā)生圍繞這個(gè)小孔的流體環(huán)流現(xiàn)象， 費(fèi)曼稱之為“一種優(yōu)美的現(xiàn)象”�？梢婁鰷u這一顯現(xiàn)早已

種方法可以很好的計(jì)算光照。如圖2-2所示。圖2-2 二維空間下使用不同的正弦函數(shù)模擬海洋波動(dòng)示意圖圖2-3 二維空間的漩渦輪廓函數(shù)與簡(jiǎn)單的海洋平面示意圖利用同樣的原理，針對(duì)系統(tǒng)要求實(shí)時(shí)性的需求，本文使用基于構(gòu)造的方法在二維空間中構(gòu)造海洋漩渦輪廓函數(shù)。對(duì)于這個(gè)函數(shù)首先有幾點(diǎn)要求，一是要求其簡(jiǎn)單容易刻畫；二是要求其運(yùn)算量�。蝗且罂梢詫�(duì)于生成漩渦之外的區(qū)域無影響，這點(diǎn)其實(shí)可以約束其作用范圍就可以簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)，但是由于海洋波動(dòng)的復(fù)雜性，往往
【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】：2015
【分類號(hào)】：P731.2;TP391.41

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2585864