海洋场景中非可溶性固体海面扩散实时绘制

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海洋模拟在主机游戏、灾害救援、影视特效、海洋勘测与虚拟仿真等各个方面起着极为重要的作用。为了可以实时地模拟大规模真实海洋场景下非可溶性固体的扩散情况,本文提出一种适用于不同复杂形态固体与海面交互实时仿真模拟的新方法。主要从三个方面进行研究,分别是海面的改进建模、海面与物体耦合扩散研究和海面整体呈现光学效果的模拟。首先,为在确保真实性的情况下可以更好的满足海洋模拟实时性要求,采用基于投影网格结合浸入式边界法的海面建模方法,在求解高度场二维波动方程的基础上引入拉格朗日松弛因子对海面高度场进行约束,使海面的高度场呈现出具有多参数可调可控的海洋场景状态。其次,针对海面与复杂形态固体双向耦合边界判断不清、扩散效果不真实等问题提出一种基于形状匹配算法的固体扩散模型,该模型能对复杂形态的固体进行准确的边界判定与受力分析,添加力源项分析对固体在海面的预运动情况进行计算,碰撞检测的添加实现了固体之间碰撞挤压后反向运动的效果,添加正弦波衰减的碰撞交互波使固体在海面扩散的真实性得到进一步提高。再次,为了提升非可溶性固体海面扩散的光学效果,采用渲染到纹理的方法进行实现,使用改进的Blinn Phong光照模型实现海面与海下不同材质的反射折射现象,结合改进的投影网格建模,采用GPU对画面进行渲染使之呈现不同的海域水体效果。在以上研究的基础上,用Unity3D引擎设计并实现大规模场景下的非可溶性固体与海面的耦合现象,本文的实现都是基于实验室现有条件的实时仿真输出结果。
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