基于图形引擎的大规模海洋实时渲染技术研究及应用-软件工程专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 摘要 摘 要 随着计算机软硬件技术的不断发展，计算机图形学逐渐成为了计算机科学中 蓬勃发展的新领域，而三维图形引擎技术由于在虚拟现实、影视和游戏娱乐、计 算机辅助设计和科学计算可视化等各个方面都发挥着越来越重要的作用，而逐渐 成为了计算机图形学中主要研究的方向之一。在通过计算机对自然现象模拟这一 领域中，对海洋的真实感模拟具有重要的地位和作用，虽然对它的模拟具有较大 难度，但逼真的海洋却能极大地提高虚拟场景的真实性，近年来工程领域在虚拟 场景中对海洋模拟的需求不断增加。本文通过对计算机图形学、图形引擎及海洋 算法的研究，最终实现一套基于引擎的海洋渲染系统，以满足快速搭建海洋场景 及后续二次开发的需要。 对此，本文从国内外研究现状出发，首先通过对面向对象图形引擎的渲染流 程、场景管理、渲染子系统和材质子系统等模块进行讨论；其次从海洋渲染流程 开始，对海面的网格建模、高程值计算和光学模型分别进行论述；然后通过海洋 实时渲染系统的设计目标确定系统需求并设计系统模块；最终完成海洋渲染系统 的实现。 其中，在海面网格建模方面，本文对基于连续 LOD 思想的网格建模方式进 行了的重点研究，分析了投影网格算法在构建网格中的优缺点，改进并实现了基 于投影网格建模的海面网格。在海面高程值计算部分，本文通过对海面高程计算 的分析，最终采用了海洋统计学公式来模拟复杂的海面起伏效果，在系统实现中 则以快速傅里叶变换的形式来表示这种统计海波算法，这样就可以快速地将各种 不同频率的波混合叠加在一起，产生具有更加复杂行为的波，从而模拟出非常逼 真的海面效果。在光学模型部分，本文实现了海水的反射、折射、HDR 等特效， 进而提高了海面光效的真实感。 最后，本文对海洋实时渲染系统中所用到的相关算法进行了小结，并提出了 改进的方向以及进一步的展望。 关键词：图形引擎、海洋渲染、投影网格、FFT I ABSTRACT ABSTRACT With the continuous development of the computer hardware and software technology, computer graphics became a booming new areas in computer science gradually, because the three-dimension graphics engine plays an increasingly important role in movie and game entertainment, virtual reality and visualization in scientific computing, computer aided design, it became one of the main research directions in computer graphics gradually. in area of simulation of natural phenomena with computer, realistic simulation of the sea has an important position, Through simulate the sea is difficult, the lifelike ocean can improve the reality in virtual scene, and recent years the demand for ocean simulation increasing rapidly. In this article, through the computer graphics, the graphics engine and ocean algorithm research, we development a graphics engine based ocean render system, in order to meet the fast-building Ocean scenes and the subsequent development needs. Because of this, the paper start from the domestic and foreign research, firstly, analyzed the object-oriented graphics rendering engine processes, scene management, rendering subsystem and materials module subsyste