近年来,随着海洋成为国家战略性资源,海战的实体建模和战场实况仿真的研究也受到越来越多的关注和研究。而虚拟现实技术已成为开发研制大型海军电子信息系统、海战作战环境下多武器平台和模拟海战战况的重要工具。大规模逼真的三维海战场景不但能够提高海战虚拟环境的真实性,同时在提高用户沉浸感方面发挥着重要的作用。本文针对海战虚拟环境对海洋场景的实际需求,围绕三维海洋场景生成的细节和规模展开研究。首先介绍了基于视频的三维海浪重建技术,然后对重建出的三维网格拼接生成大规模的海浪场景,接着借鉴图像校正技术实现舰船尾迹的三维重建,最后将重建出的海浪和舰船尾迹进行拼接融合,生成具有交互性的海洋场景。本文主要内容包括:1.基于视频的三维海浪重建技术基于视频的三维海浪重建方法是基于SFS(Shape From Shading)方法计算视频图像中海浪的高度场,生成海浪网格模型,接着用高度场计算海浪表面的法线和速度场,最终生成海浪的三维模型。2.大规模三维海浪生成技术针对基于视频方法重建出来的三维海浪场景受到视频的大小和分辨率影响的问题,本文提出基于移动最小二乘法的海浪拼接方法。对于重叠区域内的三维海浪网格顶点,利用移动最小二乘的方法进行融合,提高了顶点的平滑度。该方法在实现大规模海浪场景的同时,也保证了海浪场景的整体视觉效果。3.舰船尾迹的三维重建基于视频的三维海浪重建技术对视频拍摄角度和位置的要求比较高,当视频拍摄位置比较远、角度比较倾斜时,重建出来的海浪远处会出现失真的情况,细节欠丰富。对此,本文利用图像校正的方法,对舰船尾迹进行几何畸变校正,从而提高舰船尾迹的视觉逼真度。最后将舰船尾迹和三维海浪场景融合,增强海浪场景的交互性。4.三维海战场景生成的加速计算在三维重建、网格拼接、融合时,存在顶点多、数据量大的问题,实时性的要求难以得到保证。因此本文利用CUDA(Compute Unified Device Architecture)来加速计算顶点数据,以此来提高算法的计算速度,最终保证大规模海洋场景的实时显示。实验结果表明,本文算法实现的大规模三维海战环境能够在细节和规模之间取得较好的平衡,满足实际作战仿真的需求,具有重要的意义和应用价值。