基于JONSWAP谱的改进Gerstner海浪模型

为提高航海模拟器的沉浸感和训练效果,提出一种对海浪仿真的逼真度进行改进的方法。利用改进的Gerstner模型基于海浪谱对JONSWAP谱和方向谱进行参数提取。利用提取的参数求得满足精度要求的足够数量的单元波模型后,利用快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)进行加速计算生成高度图。通过Perlin噪声叠加分形布朗运动(fractional Brownian motion,FBM)生成Perlin噪声扰动高度图。将两种方法计算出来的高度图进行叠加融合处理。采用二分逼近法进行海浪光线渲染,实现海浪场景的仿真。实验结果表明,提出的方法在保证实时性的情况下提高了海浪仿真的真实程度,克服了传统FFT算法仿真大规模海浪三维场景重复性高的问题。

基于海浪谱的Gerstner波浪模拟

本文从海洋学现有的观测和研究成果出发,结合海浪的Gerstner模型,提出一种风力作用下的基于海浪谱的三维Gerstner海浪模型。首先,通过分析Gerstner模型各个参数的随机性,利用海浪谱和方向谱相关公式,获得固定风速下模型各随机参数值,建立固定风速下的海浪模型;然后,在此基础上进一步构造了基于海浪谱的风力模型,模拟了风力作用下的海浪;最后,采用基于视点的网格拓扑结构,实现了海浪的实时绘制。实验结果表明,该模型不仅能更真实地模拟海浪,还具有较好的交互性。

基于Gerstner-Rankine模型的真实感海洋场景建模与绘制

通过对国内外典型的海浪建模和绘制方法的研究,提出一种新的海浪模拟方法。该方法基于Gerstner-Rankine模型,引入概率统计思想,建立包括波浪折射在内的海浪模型,并采用基于立方体映射的方法实时计算海洋表面纹理,生成了真实感较强的海浪效果,再现了海天一体化场景。实验结果表明能满足数字化海战场环境的逼真性和实时性需求。

基于Gerstner波模型的海洋卷浪实时仿真

基于Gerstner波海浪模型,同时引入Perlin噪音扰动来构建出海浪的基本造型;采用一种基于梯度的波峰搜索算法,动态搜索到波峰网格点;采用超前预测的波峰生成算法生成一个卷曲的波峰曲面,将之替换原始的波峰曲面,得到不同情况下的大规模实时卷浪效果.

基于Gerstner函数和JONSWAP海浪谱的海浪仿真

针对单一海浪仿真方法在不同场景应用的局限性,提出了基于Gerstner函数与JONSWAP海浪谱相结合的海浪仿真方法,实现了不同波浪强度下的海浪建模.选取了Gerstner函数方程组作来海浪构造模型,并将其扩展成三维形式模拟海浪的细节和真实度;为了控制海浪模型并实现海浪的随机性、多变性、真实性,采用了JONSWAP海浪谱获取控制海浪模型的参数,进而建立了海浪仿真模型;针对多组海浪谱的频谱参数进行海浪仿真和不同海浪建模方法的海浪仿真,实验结果表明,所提方法有效性和实用性较好,真实度高,并适用于多种海浪场景.

Ocean Wave Model and Wave Drift Caused by the Asymmetry of Crest and Trough

It follows from the review on classical wave models that the asymmetry of crest and trough is the direct cause for wave drift. Based on this, a new model of Lagrangian form is constructed. Relative to the Gerstner model, its improvement is reflected in the horizontal motion which includes an explicit drift term. On the one hand, the depth-decay factor for the new drift accords well with that of the particle’s horizontal velocity. It is more rational than that of Stokes drift. On the other hand, the new formula needs no Taylor expansion as for Stokes drift and is applicable for the waves with big slopes. In addition, the new formula can also yield a more rational magnitude for the surface drift than that of Stokes.

基于分形融合FBM的海浪模型研究

海浪模拟作为非线性模拟代表方向之一。国内外研究划分为两种派系,由此产生的各种单一模型都不能满足逼真、快速和可控的需求。提出了一种新的改进海浪模型。该模型融合了分形的分数布朗运动曲面模型,以及经典的线性叠加浪谱Gerstner模型;并通过两种模型产生高度场的权重比值,来对海浪模拟进行调节和控制。实验证明,新模型生成的海浪逼真度高,能够产生大面积海面,改变视点,可以通过人为参数设定改变海浪海况;与经典模型相比,具有计算效率好、逼真度高、可控性好的优点,说明新模型在海浪模拟模型研究方面具有一定的改善。

基于浅水海浪数值模型的近岸海浪仿真

针对航海模拟器中视景仿真的要求,对海浪进行实时仿真.在分析近岸水波模拟中几何合成法和物理方法的基础上,提出一种利用浅水海浪SWAN数值模型的近岸海浪仿真方法.该方法基于Gerstner海浪波形,通过对需要模拟水域进行水深数据采集,应用SWAN对网格化水深数据进行相应的计算,得到近岸海域的波高、相位以及频率数据.通过采样得到Gerstner波形所需参数进行合成.基于GPU实现了LOD海面的几何绘制和光学效果.实验表明,该方法在满足近岸水波数值特性的同时,绘制方法简单且速度快,能够满足航海模拟器近岸航行训练的需求.

基于改进曲面熵的动态水面模拟方法

针对传统水面波浪模拟真实感较差的问题,提出一种改进的水面模拟方法。通过Gerstner模型生成水面波浪的基本造型,利用改进的曲面熵算法对水面进行动态分区,对不同区域施加不同程度的水面扰动,通过修正纹理映射位移的方法提高水面质感,基于GPU技术实现光照效果。实验结果证明,该方法能有效提高水面的真实感,达到较快的绘制速度。