文档介绍：华中科技大学
硕士学位论文
基于GPU虚拟海洋环境仿真技术研究与实现
姓名:钱坤
申请学位级别:硕士
专业:通信与信息系统
指导教师:李自力
2011-02-23
华中科技大学硕士学位论文
摘要
虚拟战场是虚拟现实技术在军事上的应用,可以为现代化军事训练和军事研究
提供基础设施,以其不受环境、政治因素制约、经费节约等优点受到各个国家的重
视。任何虚拟战场都存在于一个能够模拟真实世界的自然环境中,其中海洋环境是
一个重要组成部分,对其研究具有深远意义和巨大实用价值。
海面场景广阔,需要大量的多边形网格来组成;另外海面场景逼真性,需要复
杂环境效果来渲染。随着图形处理器(GPU)快速发展,GPU 上的完全可编程能力加
快了处理计算机图形数据的速度,提高了复杂效果渲染的效率。从实时性和逼真性
出发,论文对海洋环境仿真研究主要包括海面场景建模和绘制,以及海面上复杂环
境效果的实现。主要工作有以下几个方面:
研究了基于物理模型、海浪谱模型、几何造型的海浪建模方法;并在 FFT 算法
基础上,利用 Phillips 谱函数生成海面高度场,建立起海面场景的原始网格模型。为
提高海面网格的绘制效率,发挥 GPU 上并行数据处理能力,利用改进的 Geometrical
MipMapping 算法来优化网格,进而提高了图形绘制效率。
研究了 GPU 上可编程技术;绘制出海上的天空场景并添加雾效果;编写不同的
Shader 实现水面反射、折射、菲涅尔效果等物理特效的模拟,进而提高了海面仿真
的逼真感。
基于上述技术,论文最后完成了海洋环境仿真演示系统,它能实时生成海面的
场景,并渲染出各种自然环境效果,具有很好的实时交互性和逼真感。

关键词:虚拟战场图形处理器海浪建模网格优化着色器光学效果

I
华中科技大学硕士学位论文
Abstract
Virtual battlefield is the military usage of the virtual reality technology, aiming at
providing the basal facilities for modern military training and research. It has many
advantages in the military maneuver, such as little restricted by environmental and
political factors, saving funds, etc. So it has been seriously regarded by many countries’
military. Any virtual battlefield exists in a virtual natural environment that can simulate the
real world. As one posing part, the research on ocean environment is of high
academic and applied value.
Since rendering of ocean scene needs massive polygons plex environment
effects, it is a great challenge to graphics hardware. With the GPU’s rapid development, its
programmable speeds up processing the graphic dates and improves the efficiency of
plex effects. Aiming at real-time and realism, the research on simulation of
ocean environment mainly involves two hands. One hand is the ocean scene modeling and
rending. The other hand is plex environment effects' development. The main
research works of this paper are as follows.
Study the physical model, wave spectrum model and geometric shape