本文關(guān)鍵詞：小規(guī)模水面場(chǎng)景多種交互式真實(shí)感三維水波實(shí)時(shí)模擬，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：作為水面仿真的一個(gè)重要方面,水波模擬一直是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),在影視廣告、游戲動(dòng)畫和教育科研等眾多領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。目前的水波場(chǎng)景仿真中,大多只針對(duì)一種或幾種特定波形進(jìn)行模擬,種類局限性較大。在此提出一種真實(shí)感三維水波實(shí)時(shí)模擬方法,實(shí)現(xiàn)對(duì)多種常見水波的交互式模擬。首先,進(jìn)行水面建模工作。為了在不影響真實(shí)性的情況下更好地滿足實(shí)時(shí)性要求,采用一種經(jīng)簡(jiǎn)化只包含結(jié)構(gòu)彈簧的質(zhì)點(diǎn)彈簧模型建立水面,均勻排列的水面質(zhì)點(diǎn)由水平型和豎直型彈簧相連形成水面的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。其次,進(jìn)行真實(shí)感三維水波的實(shí)時(shí)模擬。為了解決波場(chǎng)景模擬中波形種類局限的問題,對(duì)波形產(chǎn)生的物理原理進(jìn)行深入分析,引入粒子系統(tǒng),結(jié)合動(dòng)量守恒定律,并通過物理學(xué)公式以及碰撞檢測(cè)算法實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)波、雨點(diǎn)波、心形波、棍棒形狀波、沙漏形狀波、高腳杯形狀波、人臉形狀波、三角形波、矩形波、圓形波、環(huán)形波、帶狀波、十字交叉波和船行波等的交互式實(shí)時(shí)模擬。此外,通過邊界檢測(cè)算法進(jìn)行水面邊界處理,再次利用粒子系統(tǒng)進(jìn)行飄落柳絮的模擬,大大增強(qiáng)場(chǎng)景的豐富性與真實(shí)感。再次,進(jìn)行真實(shí)感三維水波場(chǎng)景的實(shí)時(shí)繪制。為進(jìn)一步增強(qiáng)場(chǎng)景的沉浸感與真實(shí)感,采用立方體紋理貼圖設(shè)計(jì)水波場(chǎng)景的天空盒背景,通過Cg著色語言編程計(jì)算入射光線經(jīng)水波所得的反射顏色值、折射顏色值、基本光照顏色值以及彩色燈光顏色值,通過線性插值的方法進(jìn)行混合得到水波的最終顏色值。最后,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)真實(shí)感三維水波實(shí)時(shí)模擬系統(tǒng),對(duì)算法最終模擬效果進(jìn)行展示、分析和對(duì)比,以驗(yàn)證本文提出的模擬算法。
【關(guān)鍵詞】：水波場(chǎng)景模擬 質(zhì)點(diǎn)彈簧模型 粒子系統(tǒng) 動(dòng)量守恒定律 光照模型
【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)】：TP391.41
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 課題背景與意義10
• 1.2 課題相關(guān)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-14
• 1.2.1 水波模擬的研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 水面模擬的研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.3 光照模擬的研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 波場(chǎng)景模擬存在的問題14-15
• 1.4 研究工作及預(yù)期研究目標(biāo)15
• 1.5 本文結(jié)構(gòu)15-16
• 第2章 真實(shí)感水面的建立16-24
• 2.1 水面建模方法的選擇16-19
• 2.1.1 水面建模方法的比較16-17
• 2.1.2 質(zhì)點(diǎn)彈簧模型的應(yīng)用17-19
• 2.2 本文水面模型的建立19-23
• 2.2.1 靜態(tài)水面模型的建立19-21
• 2.2.2 動(dòng)態(tài)水面模型的建立21-23
• 2.3 水面粘稠度的調(diào)節(jié)23
• 2.4 本章小結(jié)23-24
• 第3章 真實(shí)感三維水波場(chǎng)景的模擬24-38
• 3.1 基于粒子系統(tǒng)的波生成24-32
• 3.1.1 粒子系統(tǒng)的建模應(yīng)用24-26
• 3.1.2 風(fēng)波的生成26-30
• 3.1.3 雨點(diǎn)波的生成30-32
• 3.2 基于動(dòng)量守恒的波生成32-35
• 3.2.1 三維建模軟件的使用32
• 3.2.2 三維模型的創(chuàng)建32-33
• 3.2.3 多種形狀三維水波的生成33-35
• 3.3 鼠標(biāo)控制的波生成35-36
• 3.4 波場(chǎng)景的細(xì)節(jié)處理36-37
• 3.4.1 柳絮的添加36
• 3.4.2 水面的邊界檢測(cè)36-37
• 3.5 本章小結(jié)37-38
• 第4章 動(dòng)態(tài)水波場(chǎng)景的實(shí)時(shí)繪制38-45
• 4.1 水波場(chǎng)景背景的繪制38-39
• 4.2 水面和水波的基本光學(xué)特性模擬39-40
• 4.2.1 反射效果的模擬39-40
• 4.2.2 折射效果的模擬40
• 4.3 彩色燈光效果的模擬40-42
• 4.3.1 聚光燈效果的取值40-41
• 4.3.2 聚光燈添加的重要問題41-42
• 4.4 三維水波場(chǎng)景綜合光學(xué)效果的模擬42-44
• 4.5 本章小結(jié)44-45
• 第5章 實(shí)時(shí)水波場(chǎng)景系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)45-68
• 5.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建45-47
• 5.1.1 OpenGL的應(yīng)用45-46
• 5.1.2 Cg著色語言的應(yīng)用46-47
• 5.1.3 開發(fā)環(huán)境的配置47
• 5.2 實(shí)時(shí)水波場(chǎng)景的系統(tǒng)設(shè)計(jì)47-51
• 5.2.1 總體架構(gòu)設(shè)計(jì)47-49
• 5.2.2 系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)流程49-50
• 5.2.3 參數(shù)控制界面的設(shè)計(jì)50-51
• 5.3 實(shí)時(shí)水波場(chǎng)景的實(shí)現(xiàn)51-57
• 5.3.1 實(shí)時(shí)水波場(chǎng)景模型的定義51-55
• 5.3.2 動(dòng)態(tài)水波交互場(chǎng)景的實(shí)現(xiàn)55-57
• 5.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果的展示與分析57-67
• 5.4.1 模型效果的展示58-60
• 5.4.2 真實(shí)感三維水波效果的展示60-66
• 5.4.3 彩色燈光效果的展示66
• 5.4.4 水波場(chǎng)景的真實(shí)性分析66-67
• 5.5 本章小結(jié)67-68
• 結(jié)論68-70
• 參考文獻(xiàn)70-74
• 攻讀碩士學(xué)位期間承擔(dān)的科研任務(wù)與主要成果74-75
• 致謝75-76
• 作者簡(jiǎn)介76

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 柳有權(quán);劉學(xué)慧;朱紅斌;吳恩華;;基于物理的流體模擬動(dòng)畫綜述[J];計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào);2005年12期

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3 唐勇;楊PrPr;呂夢(mèng)雅;張明敏;潘志庚;;自適應(yīng)橢球包圍盒改進(jìn)織物碰撞檢測(cè)方法[J];計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào);2013年10期

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本文編號(hào)：264189