第 卷第 期
哈尔滨工程大学学报
Ｖｏｌ
年 月
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈａｒｂｉｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
Ｎｏｖ
ｄｏｉ ｊｉｓｓｎ
分 形 算 法 调 和 的 海 浪 模 拟 方 法
印桂生王海玲张菁陈怀友
哈尔滨工程大学 计算机科学与技术学院黑龙江 哈尔滨
摘要针对高真实感海面建模困难的问题提出了一种基于分形算法调和的海面建模方法将海面分离为基波面和高
频细节基波通过叠加的正弦波模型合成并基于基波网格的形变提取特征法线用于视觉效果模拟为了增加高频细
节引入中点随机位移分形算法依据海面的方向特征数据优化分形参数同时根据视点距离人眼的视觉特性及视角变
化进行海面多分辨率层次划分并对每个 ＬＯＤ 层次进行不同深度的递归分形提高波浪细节的合理性生成分形算法调
和的海面形态此外充分利用 ＧＰＵ 技术实现海面视觉效果实验证明该方法有效的提高了海面的真实感并达到了很
好的绘制速率
关键词海浪模型分形特征约束多分辨率自适应细分
中图分类号ＴＰ文献标志码Ａ文章编号
Ｆｒａｃｔａｌ ｒｅｃｏｎｃｉｌｉａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｏｃｅａｎ ｗａｖｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
ＹＩＮ ＧｕｉｓｈｅｎｇＷＡＮＧ ＨａｉｌｉｎｇＺＨＡＮＧ ＪｉｎｇＣＨＥＮ Ｈｕａｉｙｏｕ
Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｈａｒｂｉｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｈａｒｂｉｎ Ｃｈｉｎａ
ＡｂｓｔｒａｃｔＡ ｗａｖｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｐｐｒｏａｃｈ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｆｒａｃｔａｌ ｒｅｃｏｎｃｉｌｉａｔｉｏｎ ｗａｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｒｅ
ａｌｉｓｔｉｃ ｗａｖｅ ｍｏｄｅｌｉｎｇＴｈｅ ｗａｖｅｓ ｗｅｒｅ ｃｌａｓｓｉｆｉｅｄ ｉｎｔｏ ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ｗａｖｅ ａｎｄ ｈｉｇｈｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｄｅｔａｉｌＴｈｅ ｆｕｎｄａｍｅｎ
ｔａｌ ｗａｖｅ ｗａｓ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ ｂｙ ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｓｉｎｅ ｗａｖｅ ｓｕｐｅｒｐｏｓｉｔｉｏｎ ｔｈｅ ｋｅｒｎｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｈｉｇｈｆｒｅ
ｑｕｅｎｃｙ ｄｅｔａｉｌ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｆｒａｃｔａｌ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｍｉｄｐｏｉｎｔ ｒａｎｄｏｍ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ＭＰＲＤ ａｎｄ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ａ ｎｅｗ ｐａ
ｒａｍｅｔｅｒ ｅｑｕａｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ｆｅａｔｕｒｅ ｄａｔａ ｏｆ ｏｃｅａｎ ｓｕｒｆａｃｅ ｆｏｒ ｆｒａｃｔａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎＡｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ ａｎ ｉｍ
ｐｒｏｖｅｄ ｖｉｅｗｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｍｕｌｔｉｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｖｉｅｗｐｏｉｎｔ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｈｕｍａｎ ｖｉｓｕａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｖｉｅｗｐｏｉｎｔｓｗｉｔ
ｃｈｅｓ ｓｐｅｅｄ ｗａｓ ａｂｌｅ ｔｏ ｒｅａｓｏｎａｂｌｙ ａｄｊｕｓｔ ｆｒａｃｔａｌ ｒｅｃｏｎｃｉｌｉａｔｉｏｎ ｗａｖｅＯｎ ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｈａｎｄ ｔｈｅ ｒｅａｌｉｓｔｉｃ ｅｆｆｅｃｔｓ ｗｉｔｈ
ｔｅｘｔｕｒｅ ｍａｐｐｉｎｇ ａｎｄ ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ａｃｈｉｅｖｅｄ ｏｎ ＧＰＵＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｆｏｒ ｒｅ
ａｌｉｓｔｉｃ ｗａｖｅ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ ｈａｓ ｂｅｔｔｅｒ ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ ｓｐｅｅｄ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓｗａｖｅ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｆｒａｃｔａｌ ｒｅｃｏｎｃｉｌｉａｔｉｏｎ ｆｅａｔｕｒｅ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ ｍｕｌｔｉｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ａｄａｐｔｉｖｅ ｓｕｂｄｉｖｉｓｉｏｎ
收稿日期
基金项目国家自然科学基金资助项目 高
新技术研究发展基金资助项目ＡＡＺ
作者简介印桂生 男教授博士生导师
王海玲女博士研究生Ｅｍａｉｌ ｗｈｌ
ｃｏｍ
通信作者王海玲
随着虚拟现实和计算机图形学技术的发展动
态海面作为三维游戏系统虚拟现实系统军事仿真
系统的重要组成部分得到了多方的重视众所周知
海面是一个形态复杂变化不规则的这给高真实感
的波浪建模带来了一定难度因此如何在满足实时
性要求的基础上进行高真实感的海浪建模成为了研
究重点目前水面建模方法主要分为基于物理
基于几何构造
和面向视觉效果
类方法基于
物理的方法遵行水体的运动原理通过求解流体力
学方程Ｎａｖｉｅｒ Ｓｔｏｋｅｓ 方程ＮＳＦ来得到水面的
速度场压力场景从而生成波浪运动形态其方法
公式求解复杂计算量巨大实时性较差多用于数
值分析和工程应用为了避开大量的物理方程计算
学者们开始从波浪的几何形状入手利用数学方法
构造波浪形态这种方法的构造函数相对简单计算
速度快得到了游戏影视特效等领域的青睐但仍
存在着波浪模型单一波动规则的弊端面向视觉效
果的方法是采用纹理贴图或者图像叠加的方法来合
成水面效果这类方法是迎合实时性要求很高的产
物它形成的波形局限性较大近视点观察时视差
效果消失真实感降低
虚拟现实系统对水面绘制的实时性和真实性要
求较高为了解决这一问题提出一种分形算法调和
资源评论
