论文摘要
计算机动画的虚拟场景建模一直是计算机图形学领域具有挑战性的热点问题,无论在电影特技、广告,还是游戏、动漫等各个领域都有广泛的应用和发展的空间。水流模拟是自然景物模拟的一部分,正日益引起研究者的关注,与其它景物相比,由于水流的运动变化具有复杂性和不规则性而变的难以模拟。海洋场景的绘制作为水流模拟的一个分支,因其逼真的场景和宏大的场面已成为许多三维游戏以及影视特效中必不可少的组成部分。要准确的实现对海洋场景的动态仿真,不但要兼顾真实感和实时性,同时还要综合分析并优化海面仿真、天空的光照模型、场景渲染等功能模块。本文首先介绍了具有代表性的水流模拟方法并比较各自优缺点,在对流体动画和虚拟海洋场景建模与绘制方法的研究基础上,提出了用多重Perlin噪声的叠加和波浪粒子相结合的方法建立实时海洋动画场景。主要研究内容包括海面建模与绘制；海洋场景中船航行特效仿真；天空和海洋环境的光线效果模拟。主要工作如下：在对海浪特点进行研究的基础上,首先采用不同频率的Perlin噪声叠加生成噪声分型面,用波浪粒子和投影网格绘制技术模拟动态变化的海面；在对海面场景特效建模方面,采用波浪粒子来跟踪水波的运动,从而快速、简便的实现了水面上船运动产生的水波特效；为了得到更加逼真的海洋场景,采用天空球算法对天空进行绘制,引入了GPU加快海面渲染的计算速度,通过光线跟踪和二维纹理查找表实现天空和海面的光照效果,最后生成了交互的、真实感强的海洋场景。实验仿真结果表明,用该方法渲染的海洋场景具有很好的真实感和实时性。最后,总结和分析了本论文的研究工作,对虚拟海洋场景建模的研究方向提出几点想法和进一步展望。