基于物理模型的實(shí)時(shí)水波動(dòng)畫(huà).pdf

1、在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域，早在20世紀(jì)80年代就開(kāi)始了對(duì)水波的模擬，然而直到今天，水波動(dòng)畫(huà)依然是一項(xiàng)有意義并且具有挑戰(zhàn)性的課題。傳統(tǒng)的基于過(guò)程的方法難以勝任高真實(shí)感需求的水波動(dòng)畫(huà)模擬，比較而言，基于物理的方法，從運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)上研究水波的產(chǎn)生機(jī)理，能夠產(chǎn)生比較好的模擬效果。然而，物理計(jì)算的復(fù)雜性往往帶來(lái)性能上的嚴(yán)重?fù)p失，滿足不了許多對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的動(dòng)畫(huà)應(yīng)用領(lǐng)域的需要。因此，本文以基于物理的水波實(shí)時(shí)動(dòng)畫(huà)作為研究目標(biāo)，從水波的造型、控制、繪制及細(xì)節(jié)

2、上入手，在動(dòng)畫(huà)的真實(shí)感與效率之間尋求一個(gè)良好的平衡，建立了一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)種類(lèi)豐富且形態(tài)逼真的實(shí)時(shí)水波動(dòng)畫(huà)系統(tǒng)。 本文的研究工作主要包含了以下幾個(gè)方面： 1.介紹了常用的用于水波動(dòng)畫(huà)的物理模型與求解方法，以潰壩動(dòng)畫(huà)為例，采用二維淺水方程結(jié)合有限體積法的方法，充分利用了GPU(GraphicsProcessing Unit)在數(shù)據(jù)計(jì)算上的并行性，在GPU上實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)的潰壩動(dòng)畫(huà)。 2.基于細(xì)胞自動(dòng)機(jī)中鄰域傳播的思想，提出

3、一種快速的水波模擬算法。采用一種內(nèi)、外參數(shù)分離的控制策略，實(shí)時(shí)地生成各種水波的參數(shù)序列，從而滿足了各種不同水波形態(tài)的模擬需要。 3.針對(duì)矩形網(wǎng)格，提出一種視點(diǎn)相關(guān)的多層網(wǎng)格劃分方法及自適應(yīng)更新策略，實(shí)現(xiàn)了針對(duì)大規(guī)模區(qū)域的水面實(shí)時(shí)漫游技術(shù)。 4.采用了基于局部光照模型與動(dòng)態(tài)紋理映射的方法，模擬了在較粗網(wǎng)格下的水波的動(dòng)態(tài)凹凸效果、水面對(duì)環(huán)境的反射與折射效果、及水底的陽(yáng)光焦散效果等水波光學(xué)特效。在大大增加視覺(jué)真實(shí)感的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)