基于OpenGL虚拟海洋环境仿真

论文摘要

近年来,大规模海洋场景的绘制越来越受到各领域科研工作者的关注。在民用方面,对海洋场景的实时绘制已经成为计算机游戏、动画制作、电影制作和工程应用方面强有力的辅助工具;在军用方面,海洋仿真技术为各国海军战斗人员提供经济、安全、可靠的训练环境;在科研方面,海洋仿真可以把抽象的、专业的图表和数据转化成直观的动画,为船舶设计人员提供帮助。本文深入研究了基于海浪谱和3D Gerstner波的海洋场景绘制方法以及将三维模型导入海洋场景中的方法。在理论基础方面,确定了海浪谱、方向谱和3D Gerstner波的模型形式以及通过海浪谱反演确定波浪方程中各参数的方法,阐述了用于海浪表面高度场不规则化处理的Perlin Noise函数的基本理论;在波浪绘制方面,调用OpenGL库函数和基于面向对象的编程思想,通过点、线、面的绘制对几何和物理模型进行了编程实现,利用纹理映射、混合和Mipmap等后处理技术对海面进行渲染,并将天空和岛屿加入,使场景更加逼真。在模型导入方面,本文利用3ds Max构建格式为3DS的三维模型,深入研究了3DS的文件格式并用两种方法将三维模型导入场景,使场景内容更丰富,程序应用范围更广。最后,通过对仿真工程进行实验,对一些数据和效果进行对比。验证了仿真的实时性和程序的稳定性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 本文的背景和意义
• 1.2 计算机仿真与可视化
• 1.2.1 可视化仿真的发展历程
• 1.3 海洋环境仿真综述
• 1.4 海洋环境三维可视化仿真的实现方法
• 1.4.1 可视化仿真的开发平台
• 1.4.2 图形库
• 1.4.3 专业建模软件
• 1.5 本文的主要内容
• 第2章波浪仿真的理论分析
• 2.1 3D Gerstner 模型
• 2.2 海浪谱
• 2.2.1 常用海浪谱模型
• 2.3 方向谱
• 2.4 参数设定
• 2.5 海浪表面高度场的不规则化处理
• 2.6 本章小结
• 第3章 基于OpenGL 海洋环境实现
• 3.1 计算机图形学
• 3.1.1 计算机图形学概述
• 3.2 OpenGL 简介
• 3.2.1 OpenGL 概述
• 3.2.2 OpenGL 的函数库
• 3.2.3 OpenGL 的主要功能
• 3.2.4 OpenGL 的工作流程
• 3.3 OpenGL 在Windows 环境下的使用方法
• 3.3.1 设置开发环境
• 3.3.2 构建OpenGL 程序框架
• 3.4 海洋场景的设计与实现
• 3.4.1 计算网格节点
• 3.4.2 波高的不规则化处理
• 3.4.3 波面的绘制和渲染
• 3.4.4 海洋岛屿的建模与渲染
• 3.4.5 天空背景的绘制
• 3.5 本章小结
• 第4章 三维模型的建立与导入
• 4.1 三维模型的建立与导入方法概述
• 4.1.1 常用三维建模软件的介绍
• 4.1.2 使用专业建模软件3ds MAX 建造模型
• 4.1.3 三维模型的导入方法概述
• 4.2 3DS 模型的数据格式
• 4.2.1 概述
• 4.2.2 3DS 文件结构层次
• 4.3 3DS 文件的导入方法
• 4.3.1 船舶模型的导入
• 4.3.2 飞机模型的导入
• 4.3.3 3DS 模型在场景中的渲染
• 4.3.4 三维模型的位置调整
• 4.4 本章小结
• 第5章 仿真实验与结果分析
• 5.1 不同风速下的海洋场景
• 5.2 Perlin Noise 函数的影响
• 5.3 仿真场景的视角变换
• 5.4 影响仿真速度的因素
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢