基于投影网格上的Phillips谱真实感海浪仿真模拟

针对如何有效利用现代图形硬件渲染大规模真实感海浪场景的难题,构建了一种基于投影网格上的Phillips谱海浪模型,利用GPU得到的海面浪高渲染为实时高度浮点纹理图,对每个像素进行求梯度得到海水法向纹理图。提出了基于GLSL语言的海水光照算法,实现动态海面光照效果,通过对程序参数的调节,进行不同风向风速下海面浪高的控制以及能见度、太阳高度角等不同气象要素下的真实感海浪绘制。仿真结果表明,该模型及渲染方法能够获得逼真的场景特效。

基于MEMS运动传感器的波浪谱浮子设计研究

为了获取海上波浪谱实时观测数据,来满足日益增长的海洋监测预警、海洋工程、海洋学研究等对精细化海浪过程数据的需求,设计了一种基于微机电系统MEMS运动传感器的波浪谱实时获取装置—“前哨”浮子,解决了波浪谱反演算法、基于北斗短报文的波浪谱传输等关键问题,实现了波浪谱实时观测。通过开展浮子与DWR-MkIII型波浪骑士的海上比测,结果表明:二者的一致性非常好,该浮子能够实时、准确地观测波浪谱。

海浪绘制中波浪谱的选择和参数计算

分析了Phillips波浪谱结构,指出该谱是由符合Neumann形式的频率谱和国际拖曳水池会议推荐的方向分布函数构成的方向谱,Phillips谱的频率谱与P-M谱接近。参考P-M谱提供的方法给出了Phillips谱风速的确切含义并计算出该谱的常数,解决了其在应用中未尽的问题。比较PM-ITTC方向谱和Phillips谱的绘制结果,发现用Phil-lips谱绘制的海浪低频长波更加突出。对Phillips谱和PM-ITTC方向谱进行比对,发现Phillips谱的谱峰频率与PM-ITTC方向谱接近,但谱宽更窄,能量更集中于低频部分。为Phillips谱增加了风距参数,使绘制结果能反映风速、风距对海浪的影响。绘制的海浪传播方向、波高随风速变化而变化,与航海实际情况相符,已应用于航海模拟器。

海浪实时绘制中波浪谱的选择

Phillips谱是海浪实时绘制中常用的波浪谱。首先分析了Phillips谱的结构,指出该谱是一个瞬时空间谱,其频率谱符合Neumann形式,与P-M谱接近,其方向分布函数为国际拖曳水池会议推荐的形式。令P-M谱与Phillips谱具有相同的单位面积波能,给出了Phillips谱风速的确切含义并计算出该谱的常数。除了使用Phillips谱,还尝试其它形式的谱。用P-M谱和cos-2s形式方向分布函数构造了瞬时空间谱PM-cos2s形式,用JONSWAP谱和Poisson形式方向分布函数构造了瞬时空间谱J-Po形式。比较3种谱的绘制结果发现,使用Phillips谱、PM-cos2s谱的绘制结果均能反映风速对海浪的影响,不能反映风距的影响,使用J-Po谱的绘制结果既能反映风速、也能反映风距对海浪的影响,且三者的绘制帧率一致。如果要选择适合航海模拟器中海浪绘制的瞬时空间谱,该谱的风参数既应包括风速,也应包括风距,且生成波应在风向的(-?,?]范围内,因此J-Po谱在三者中最适合航海模拟器。绘制结果已应用于航海模拟器中。

随机波浪作用下底部层流边界层剪应力谱的研究

本文在随机波浪底部剪应力的研究中引入了波浪谱的概念． 根据浅水波的特点， 将波浪谱作为输入谱，通过传递函数确定作为输出谱的随机波浪作用下的底部剪应力谱． 本研究中研制了一套底部剪应力测量仪． 对于层流边界层得到了底部剪应力谱的理论解，

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。

基于谱分析的实时波浪模拟

海洋表面有各种各样的波浪,作为一种自然现象,其模拟已成为计算机图形学中最具挑战性的问题之一。风浪是最主要的一种波浪,其模拟在工程及影视中的应用已日益引起人们的关注。本文从海洋学已有的统计观测结果出发,利用海浪频谱与方向谱的相关公式,对开阔海面深水域的风成波浪进行了模拟。实践证明,该方法对波浪的模拟在实时性与真实感方面均取得了不错的效果。

基于海浪谱的波浪模拟

近年来,自然景物的模拟一直是计算机图形学中最具挑战性的问题之一。作为自然景物模拟的重要内容,对流水、波浪的模拟正日益引起人们的关注。现有的模拟方法要么从流体力学方程组出发,去求解复杂的Navier-Stokes方程,要么根据波浪的形状,去构造具体的波形函数。本文从海洋学现有的观测和研究成果出发,利用海浪频谱和方向谱的相关公式,实现了基于海浪谱的波浪造型及显示。实践证明该方法可以快速有效的模拟波浪。

海面散射仿真中不同波浪谱和松弛率模型选取的对比研究

海面微波散射仿真对于实孔径、合成孔径雷达海洋遥感应用研究以及海洋监测雷达系统设计和信号处理都有很重要的意义,目前的海面散射仿真方法主要是基于复合表面模型来进行的,这些仿真方法都要用到海浪谱和松弛率模型。由于海浪谱、松弛率尤其是小尺度部分难以精确测量,不同的实验和拟合方法得到的模型有较大的差别,从而导致仿真海面散射结果往往相差较大,常常让人不知如何选取。该文比较了几种典型的海浪谱和松弛率模型的海面散射仿真结果与实测数据的差异,结果表明Romeiser提出的波浪谱在L-Ku波段,2-20m/s风速范围内较其他波浪谱更好。而两种主要的松弛率模型的仿真结果差异不大。该结果可作为海面散射仿真中选取波浪谱和松弛率模型的参考。

由压力、流速估计波浪方向谱数据处理方法

通过现场观测水底压力和矢量流速，可以估计海面波浪方向谱，此方法称为ＰＵＶ法。本文由不规则线性波浪理论和洪广文［２］方向谱概率模式结合导出ＰＵＶ估计谱的计算式，并针对实测数据受到干扰的问题、依据相关理论与经验。

缓坡上波浪谱的变形及破碎

在文献［１］中，通过实验分析和理论计算，笔者提出不规则波浪的破碎指标仍可采用合田［２］的相对波高极值（Ｈ／ｄ）ｂ与Ｍｉｃｈｅｌｌ［３］和Ｍｉｃｈｅ［４］的极限波陡指标（Ｈ／Ｌ）ｂ。本文利用该破碎指标，分析计算了缓坡上不规则波在水流作用下的谱变形、波高的统计分布以及波浪破碎的概率等，其结果与作者的实验结果符合良好。

利用波浪谱理论计算我国近岸波浪能方法研究

简述了当前被较多应用于我国近岸波浪能计算的简化公式会带来较大计算误差的事实,指出了这是因不合理假设和化简造成的结果。在此基础上,提出了利用波浪谱计算我国近岸波浪能的计算思路,同时利用波浪谱参量与实测数据比对,间接证明了该思路的合理性。

斋堂岛东南海域波浪特征及海浪谱分析

利用斋堂岛东南海域2013年至2014年的实测波浪资料,统计分析了本海域波浪特征,为波浪能资源评估提供基本波浪参数。统计结果表明,本海域年平均有效波高为0.60 m,最大波高为5.30m,平均周期为3.3s,最大周期为8.3s,常浪向为E-SE向。本文亦讨论了本海域波高分布和波高与周期的关系,并基于JONSWAP谱谱型的基本结构,拟合得到适用于本海域的海浪谱谱型,可为海洋能发电装置的布设及相应的工程建设提供一定的参考。

基于波浪谱与钻井船RAO的钻井船运动模拟

钻井船运动对深水钻井隔水管动力性能有重要影响。提出一种根据波浪谱和钻井船响应幅值算子(RAO)模拟钻井船随机运动的方法。为充分模拟钻井船运动,建立了包括钻井船平均偏移、不规则波浪导致瞬时波频运动和二阶波浪力导致的低频慢漂运动的钻井船运动模型。采用随机波浪模拟技术得到具有不同波高、周期与相位角的组成波序列。根据响应幅值算子(RAO)所定义的钻井船运动与不同频率的波浪之间的幅值比与相位差和钻井船运动数字模型,迭代产生随机波浪作用下钻井船运动,并基于MATLAB仿真平台实现了上述算法。

辽东湾双台子河口波浪谱分析

本文分析了辽东湾双台子河口实测波浪资料的谱特性。结果表明该区涌浪较强。同时给出了该区风浪谱计算式。

非静压方程与波作用谱模型的波浪传播嵌套模拟

为了合理描述波浪从大尺度范围到小尺度范围传播变形,将基于求解相位平均的波作用谱模型和求解相位的非静压波浪模型进行嵌套。非静压模型的嵌套边界条件由波作用谱模型计算得到的波浪谱经过空间和频率插值提供。波浪在等水深地形和斜坡地形上传播的嵌套模拟算例结果表明,嵌套模型可以获得较为准确的波高、周期以及波浪谱,可以合理描述波浪从大范围区域向小范围区域的传播。

基于北斗短报文通信的波浪谱数据传输方法

【目的】针对波浪浮标用北斗短报文传输谱数据时通信长度受限的问题,提出一种波浪谱数据传输方法。【方法】基于随机波浪理论,分析风力等级、波浪等级变化时的频谱分布特点,获得频谱成分的频率聚集规律;借鉴国外频谱传输方法及其经验,基于北斗短报文通信,开展波浪谱数据传输方法设计,并优化传输方式。【结果与结论】利用北斗短报文将0.05~0.35 Hz范围内波浪频谱数据仅以61字节实施基本传输,同时配置扩展能力。通过传输过程仿真测试、波浪浮标海上试验,证明本研究方法能满足波浪谱数据传输需求,北斗短报文可为海浪观测数据的实时传输提供一种新技术手段。

波浪反射系数谱的特征分析

应用斜向不规则波反射系数的改进两点法(MTPM),用模型试验研究了混凝土护面堤和块石护面堤波浪反射系数的频率谱和方向谱,结果表明,分析的反射系数随入射波频率的增加、结构坡度的减小和入射角的加大而减小.给出了波浪反射系数频率谱及其随Iribarren数变化的规律,提出了反射系数三维谱的经验公式,由此可定量地描述斜向不规则波的反射系数随无量纲特征参数Iribarren数和入射波角度的变化规律.

高频波浪的测量与谱分析

为了解高频海浪的特征,通过在实验室风浪水槽中进行实验测量,获取了风浪高频部分的数据。实验采用直径为0.2mm的细钽丝作传感器,采样间隔为0.005s,每组采集30000个数据,以获得对波浪高频部分的更多的信息。通过分析,得到了高频风浪谱参数及其平衡域的特性,并提出次峰现象可能是采样速率过低、因计算方法造成的假象,并不是海浪特有的高频现象。

实测海浪谱在闽北近海波浪能分析中的应用

基于2012年在福建闽江口东部白犬列岛海域利用AWAC仪器观测的波浪数据,统计分析了该海域的波浪特征,并由能量谱积分计算了波功率密度(P_w).与深水条件下P_w和波高、周期的近似关系相比,其比例系数存在一定差异.以不同波高和不同周期两两组合与对应P_w进行比较,分别求其比例系数,结果表明:T_(1/10)和T_(m02)所对应的近似关系较为稳定,T_z和T_p对应的关系变化较大,稳定性最好的为Hs和T_(1/10)的组合,α值为0.46.