船行波的计算机仿真研究

论文摘要

随着我国海军的日益强大和海运的日趋繁荣,船行波的研究引起人们越来越多地关注。随着对船行波研究的深入,船行波的三维可视化研究成为新的研究课题。船行波的三维可视化仿真是虚拟海洋环境不可或缺的一部分,构建逼真的三维船行波在军事、工程、游戏、广告中有着广泛的应用,具有重要的研究价值和应用前景。论文主要完成了以下四个方面的工作:首先在介绍了波浪的基本知识与当前波浪模拟常用方法的基础上,从随机波浪构造模型出发,利用海浪谱和分形的方法对海浪进行了三维可视化仿真;其次,对船行波进行了仿真。从经典的Kelvin模型出发对船行波进行仿真,把船行波积分分为了船艏和船艉两部分,并把船艏部分的水粘性对船行波的影响考虑进去,使得船行波仿真更加真实;在求解积分方程时采用了收敛速度较快的龙贝格积分法,并最终实现了船行波的三维可视化仿真;第三,介绍了内波和湍流的形成机理,介绍了船舶的内波尾迹。在介绍了湍流数值模拟常用模型的基础上,对湍流建立了简单模型,利用MATLAB对模型进行了仿真;最后,对海面环境的自然现象进行了仿真。利用分形的方法实现了对云彩的仿真,海雾的仿真利用OPENGL来实现,利用粒子系统实现对雨、雪的仿真,对海面环境的仿真可以增强海面的逼真度和真实感。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及应用
• 1.2 船行波研究概况
• 1.2.1 研究方法
• 1.2.2 研究现状
• 1.3 论文的内容安排
• 第二章 海浪的建模与仿真
• 2.1 波浪理论概述
• 2.2 海浪模拟常用模型
• 2.2.1 波动海浪数学模型
• 2.2.2 随机海浪数学模型
• 2.2.3 海浪谱
• 2.3 基于分形的三维海浪仿真
• 2.3.1 海浪网格
• 2.3.2 分形的基本原理
• 2.3.3 三维海浪的绘制
• 2.4 本章小结
• 第三章 船行波的建模与仿真
• 3.1 船行波理论概述
• 3.1.1 船行波的概述
• 3.1.2 船行波波态分析
• 3.1.3 船行波的分类
• 3.2 船行波仿真常用模型
• 3.2.1 粒子模型
• 3.2.2 物理模型
• 3.2.3 船舶自由谱模型
• 3.3 基于船舶自由谱的三维船行波仿真
• 3.3.1 船行波的Kelvin波
• 3.3.2 Kelvin波的三维可视化仿真
• 3.3.3 Kelvin波的仿真效果改进
• 3.4 本章小结
• 第四章 船行波的内波和湍流
• 4.1 船行波的内波
• 4.1.1 内波的形成
• 4.1.2 舰船的内波尾迹
• 4.2 船行波湍流尾迹模拟
• 4.2.1 湍流的定义及形成
• 4.2.2 湍流模型理论
• 4.2.3 湍流的简单模型及模拟
• 4.3 本章小结
• 第五章 海面自然现象的仿真
• 5.1 概述
• 5.2 基于分形几何云的仿真
• 5.2.1 云的动态仿真
• 5.2.2 云纹理图的绘制
• 5.3 基于OpenGL海雾的仿真
• 5.3.1 雾景生成的原理
• 5.3.2 融合因子r的计算
• 5.3.3 雾的实现
• 5.4 基于粒子系统雪的仿真
• 5.4.1 粒子系统
• 5.4.2 雪的动态仿真模型
• 5.4.3 雪花粒子初始属性的确定
• 5.4.4 雪花粒子属性的更新
• 5.4.5 雪花粒子的绘制
• 5.5 基于粒子系统雨的仿真
• 5.5.1 雨的动态仿真模型
• 5.5.2 雨滴粒子的初始属性的确定
• 5.5.3 雨滴粒子属性的更新
• 5.5.4 雨滴粒子的绘制
• 5.6 本章小结
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文