大規(guī)模水場景的實時繪制.pdf

1、隨著虛擬現(xiàn)實、影視動畫和電腦游戲的日益普及，大規(guī)模水場景的繪制已經(jīng)成為一個相當熱門和有挑戰(zhàn)性的研究課題。雖然在現(xiàn)行的游戲和一些繪制系統(tǒng)中，水面的繪制已經(jīng)達到了較好的效果，但是在這些系統(tǒng)中很少看到可交互的水面模擬，這是由于可交互水面的建模和模擬相當復雜。 本文提出了一種基于GPU的大規(guī)模水場景的高效繪制方法。在波浪模擬方面，我們采用了基于水體統(tǒng)計模型的FFT 方法，不僅計算出了用于水面網(wǎng)格變形的頂點三維擾動數(shù)據(jù)，還計算出了用于水面

2、光照計算的水面梯度場數(shù)據(jù)。我們將得到的高度場和梯度場數(shù)據(jù)平鋪到可見區(qū)域的網(wǎng)格上以模擬出整個可見水面的波浪效果。在船的尾跡模擬方面，我們利用采用了“基于GPU求解二維波動方程的模擬方法”和“基于粒子系統(tǒng)的模擬方法”兩種方法，并對比了兩種方法各自的優(yōu)缺點。 我們采用了具有良好LOD性質(zhì)的“投影網(wǎng)格”方法進行網(wǎng)格建模，并對其進行改進，我們引入“投影空間紋理”方法提高了高度場數(shù)據(jù)的利用率和L．OD性能。我們還對“投影網(wǎng)格”的建模相機進行

3、了改進，使其能在建模過程中減少高度場紋理的走樣并適應非水平相機以及高度變化的水場景。 在繪制部分，我們將波浪部分和尾跡部分的水面高度場與梯度場數(shù)據(jù)結合了起來，統(tǒng)一了兩者的繪制。并充分考慮了水面的光學特性與HDR效果完成了繪制計算。泡沫、飛沫以及焦散效果進一步增強了繪制的真實感。 值得一提的是，我們的網(wǎng)格建模、高度場計算、梯度場計算、網(wǎng)格幾何擾動和光照計算全都是由GPU完成的，這樣就大大減少了CPU與GPU之間的數(shù)據(jù)同步，