虚拟现实系统中海洋洋流可视化的研究与实现

论文摘要

对于虚拟现实技术的探索以及对海洋自然场景的仿真是现如今的热点问题,本论文虚拟现实系统中海洋洋流可视化的研究与实现,主要针对虚拟现实中海洋洋流的仿真中的三个方面:数据驱动水面、光照渲染以及漂浮物进行了研究,全文的主要成果如下:(1)研究了常用几种海面建模方法,并分析比较了不同建模方法的适用范围。基于动力模型的海浪建模方法很难实时地模拟海浪是因为有大量的非线性方程需要求解。基于几何造型的建模方法真实感不强是因为通过人为地设置波的属性参数,使得仿真波浪在现状上达到相似,导致很容易看出人工痕迹。基于海浪谱的建模方法同样真实感较弱是因为其模拟海浪一般选取相似的海浪谱线性叠加而成。而对于基于粒子系统的方法来说同样具有复杂的问题,比如粒子模型是否构造的合适、粒子的数量是否恰当,若构造太简单,数量太少,海水的真实性就会大大减少;若构造的过于复杂。数量又多,那么计算量将会增加,渲染的实时性就会下降。本文采用数据驱动生成水面,对比数据驱动和贴图建模的效果以及对于六种建模方式从四个方面进行比较,实验结果表明据驱动的Gerstner Wave波模型对于海洋洋流的可视化更具真实性,实时性以及有效性。(2)研究了光照基本知识、光照模型以及HDR技术,本文将HDR渲染应用在虚幻引擎中,通过对比实验效果以及性能分析表明在虚拟现实系统中对海洋洋流可视化中实现了HDR特效,并分析海洋洋流渲染效果,证明了在虚幻引擎平台实现HDR特效使得画面更加真实。(3)研究了海洋场景中漂浮物物理运动轨迹的包括环境和自身的影响因素,本文将漂浮物定义为长方体和椭圆形,采用单点模式,手动点模式以及自动点模式计算所受到的力,使得对于海面漂浮物的研究更加全面。并且加入了漂浮物行驶,真正实现虚实结合。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 国内外研究水平
•     1.2.1 海洋平台或者软件研究现状
•     1.2.2 三维渲染引擎研究现状
•     1.2.3 色彩对于用户行为影响的研究现状
•   1.3 本文的主要研究工作
•   1.4 论文的组织结构
• 第二章 海洋流体建模技术
•   2.1 海浪的基础概念
•     2.1.1 海浪的基本概念
•     2.1.2 海浪形成的原因以及分类
•   2.2 海面建模方法
•     2.2.1 基于海浪谱的方法
•     2.2.2 Perlin噪声函数方法
•     2.2.3 基于几何模型的方法
•     2.2.4 基于物理模型方法
•   2.3 基于粒子的水流模拟方法
•     2.3.1 粒子系统简介
•     2.3.2 粒子系统基本原理
•   2.4 本章小结
• 第三章 海洋场景的构建
•   3.1 虚拟现实技术介绍
•   3.2 基于数据驱动Gerstner模型
•     3.2.1 实验数据处理
•     3.2.2 基于Gerstner波的海浪
•   3.3 色彩对于用户行为的影响
•   3.4 光照计算
•     3.4.1 光源模型
•     3.4.2 光照模型
•     3.4.3 HDR原理
•   3.5 实验结果与分析
•   3.6 本章小结
• 第四章 漂浮物研究
•   4.1 环境在漂浮物中的影响
•     4.1.1 风压
•     4.1.2 水流的影响
•     4.1.3 波浪
•   4.2 自身因素的影响
•     4.2.1 浸没比例
•     4.2.2 漂浮物形状
•     4.2.3 受力分析
•   4.3 实验结果与分析
•   4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 田淑娟

导师: 罗训

关键词: 虚拟现实,数据驱动,光照渲染,漂浮物研究

来源: 天津理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 海洋学,计算机软件及计算机应用

单位: 天津理工大学

分类号: TP391.9;P731.2

总页数: 65

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