基于OpenGL的海浪视景仿真技术研究

论文摘要

随着现代计算机技术的飞速发展,船舶设计越来越多的应用计算机的虚拟仿真实验技术。船舶的海上航行,海上补给,靠岸离岸等实验的验证评估,船舶操纵模拟器的应用,这些都对海浪的视景仿真的真实度和效果提出了不同程度的要求。国外的舰载机起降训练系统也和海浪模拟有着很密切的关联。针对海上航行视景仿真系统的要求,采用二维快速傅立叶变换（FFT）计算海水波动,并利用具有平台独立性的OpenGL图形库对波浪的可视化方法进行描述,选取Pierson-Moskowitz海浪谱和Mitsuyasu方向分布方法建立三维波浪模型,对不同有义波高的波浪进行模拟。开发了随机波生成及可视化计算机程序系统。通过开发的程序,以Pierson-Moskowitz海浪谱为例,分别模拟了不同风速下的波浪,程序实现了随机波浪的可视化。此次工作表明,利用C++程序设计语言和OpenGL图形硬件接口进行波浪可视化是完全可行的。本文开发的可视化系统的优点为,由于使用了GLUT,保证了源代码的可移植性。可视化程序在Windows平台上开发和测试。使用C++和OpenGL的优点除了具有平台独立性以外,还比使用CAD软件进行模拟更灵活和高效。同时,使用C++开发的程序运行速度要比MATLAB或CAD软件内置的脚本语言提高了20%左右。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 本文的目的和意义
• 1.1.1 视景仿真的作用
• 1.2 波浪模拟的现状及发展
• 1.3 波浪视景仿真研究现状综述
• 1.3.1 欧拉法
• 1.3.2 拉格朗日法
• 1.4 论文的主要工作
• 第2章 波浪仿真的理论分析
• 2.1 海洋模型原理
• 2.1.1 海洋运动特征
• 2.1.2 海洋运动物理模型
• 2.2 海洋表面波浪造型方法
• 2.2.1 流体力学模型
• 2.2.2 正弦波叠加几何造型
• 2.2.3 快速傅立叶变换（FFT）
• 2.2.4 使用顶点纹理
• 2.4 本章小结
• 第3章 海浪数学模型的建立
• 3.1 波浪描述方法简介
• 3.2 数学模型建立的基本思路
• 3.2.1 频率分布
• 3.2.2 波浪传播的角度分布
• 3.2.3 计算波辐
• 3.3 本章小结
• 第4章 海浪几何模型的建立
• 4.1 如何使用OpenGL
• 4.1.1 OpenGL简介
• 4.1.2 如何在Visual C++开发环境下使用OpenGL和GLUT
• 4.1.3 使用OpenGL建立模型
• 4.2 建立几何模型
• 4.2.1 Gamma函数
• 4.2.2 波浪的能量分布
• 4.2.3 波幅计算
• 4.2.4 波浪初始化
• 4.2.5 波浪生成方法
• 4.3 本章小结
• 第5章 海浪模型的后处理
• 5.1 光照
• 5.1.1 光照中的光源
• 5.1.2 光照中的材质
• 5.2 纹理映射
• 5.2.1 反射纹理的获得
• 5.2.2 折射纹理的获得
• 5.2.3 水面反射、折射和波动效果的实现
• 5.3 雾化效果
• 5.4 动画效果的产生
• 5.4.1 在OpenGL程序中实现动画的原理
• 5.4.2 水面波动效果的实现
• 5.5 处理完成的效果
• 5.6 结果分析和对比
• 5.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢