【正文】 it推出的 RealFlow和 RealWave獨立軟件包更是出類拔萃，被稱為 PC機上最好的兩種流體動力學模擬軟件。對于地形的綿延起伏、光的折射和反射等自然現(xiàn)象的模擬，人們可以根據(jù)一些現(xiàn)有的不太復雜的數(shù)學公式，通過數(shù)學建模來獲得某種特定的效果。 the physical models to simulate。 物理模型 。 論文題目： 基于 OpenGL的水波動畫模擬 系 別： ___ ___計算機系 _ I Wave simulation based on OpenGL College： Specialty and Grade： Number： Name： Advisor： Submitted time: May 7, 20 II 目錄 課題提出的背景 ................................................................................................. 3 課題的意義 ............................................................................................... 3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ................................................................................................ 3 四大類水波模擬的方法 ............................................................................ 3 水波模擬面臨的困難 .................................................................................. 4 國內(nèi)水波動畫模擬相關(guān)研究 ....................................................................... 4 國外水波動畫模擬相關(guān)研究 ....................................................................... 5 第二章 基于 OpenGL＋ MFC 建?；A ....................................... 7 OpenGL 渲染管線 ................................................................................................ 8 顯示列表 ................................................................................................... 8 求值器 ...................................................................................................... 8 基于頂點的操作 ........................................................................................ 9 圖元裝配 ................................................................................................... 9 像數(shù)操作 .................................................................................................... 9 紋理裝配 .................................................................................................... 9 光柵化 ....................................................................................................... 9 片段操作 .................................................................................................... 9 計算機圖形學 .....................................................................................................10 MFC 框架 ...........................................................................................................10 基于 OpenGL+MFC 的三維模 擬的編程環(huán)境配置 ..................................................12 第三章 水波的計算機模擬原理和關(guān)鍵技術(shù) ................................. 14 水的流體物理性質(zhì) ..............................................................................................14 基本原理 ...........................................................................................................16 建立區(qū)域采樣法水波數(shù)學模型 ..................................................................16 水波擴散分析及解決方法 .........................................................................16 第四章 基于 OpenGL 的水波模擬 ....................................... 17 系統(tǒng)設計 ...........................................................................................................17 水波模擬的算法設計 ..........................................................................................17 擾動 ..................................................................................................................21 4． 4 水波模擬系統(tǒng)的邏輯視圖 ................................................................................21 主要結(jié)構(gòu)體和類的設計： ...................................................................................23 實驗結(jié)果 ...........................................................................................................24 第五章結(jié)論與展望 ..................................................... 27 結(jié)論 ..................................................................................................................27 展望 ...................................................................................................................27 參考文獻 ............................................................ 28 1 摘要 近年來 , 自然景物的模擬一直是計算機圖形學最具挑戰(zhàn)的問題之一 , 關(guān)于山、水等自然景物的模擬 , 在計算機游戲、影視、廣告各領(lǐng)域中有著廣泛的用途 , 作為自然景物模擬的重要內(nèi)容 , 對水流、水波的模擬正日益引起人們的關(guān)注 .。 opengl。 opengl。但是對于另外一些自然現(xiàn)象，例如各種煙霧，水，火焰等流體現(xiàn)象，雖然看似簡單，但是對其進行描述的物理模型卻極其復雜，這時只有去追溯該現(xiàn)象本身的物理根源，并借助更為精確的物理描述才能真實再現(xiàn)其外在的視覺效果。但是他們只是流體的圖形建模工具。早期我們使用波形函數(shù)模擬簡單的水面波動，隨著計算機硬件水平的發(fā)展和研究技術(shù)的進步，如今可以根據(jù)流體的物理模型，使用數(shù)值方法 模擬真實感很強的三維流體。這類方法專注于模擬水流的光影特效 ,能出色地模擬人們從水底和水上觀察陽光照射在水波上形成的光與影現(xiàn)象 . 這方面的工作把注意力集中到如何模擬光線和水流的作用效果上來 ,無法兼顧水流的其他特性 . 水波有一系列特性 ,如擴散、衰減、折射以及反射等 ,我們需要了解這些特性以 及我們所面臨的問題 ,我們所面臨的問題主要有 : (1) 對波的模擬 ,水波是水流運動的關(guān)鍵屬性 ,當水流受到各種外部及內(nèi)部物體的作用時 ,會產(chǎn)生波 ,并且在水流內(nèi)部傳播 ,視覺上表現(xiàn)為水表面上的波紋和漩渦 。為了克服這種缺陷，有研究者提出了采用粒子系統(tǒng)的方法來實現(xiàn)，但是畢竟真實感還是不夠。 楊懷平根據(jù)小振幅波理論文獻 [1]中，水波的波形近似成正弦分布這一理論并結(jié)合細胞自動機的模型，采用鄰域傳播的思想對水波進行動態(tài)建模，可以構(gòu)造出不同鄰域下水波演變的細胞自動機模型。 夏青利用柏林噪聲函數(shù)生成的高度場為海浪中的每個頂點提供高度采樣源，同時針對海浪仿真中計算機量大的問題，又提出一種實時繪制可見梯形范圍技術(shù)，解決海浪仿真中數(shù) 5 據(jù)量大的問題，確保實時仿真和逼真的視覺效果，同時使用菲涅爾效果，將反射和折射效果混合在一起，增強海浪起伏的真實感。 趙鵬，張立朝等另辟新徑，在優(yōu)化算法的同時，重點對規(guī)則水波模型算法進行了研究，采用計算和顯示分 開的策略，預先產(chǎn)生大量水波數(shù)據(jù)予以保存，然后在渲染時再調(diào)用這些數(shù)據(jù)實現(xiàn)了三維規(guī)則水面波浪的繪制與仿真，該方法的優(yōu)點是既滿足顯示質(zhì)量的要求，又滿足實時性要求，但由于波浪數(shù)據(jù)是預先生成的，沒有考慮隨機擾動等外界干擾。 1863年 Rankine又對這一模型進行改進和完善，后人稱之為 GerstnerRankine模型。為增加逼真度， GerstnerRankine模型往往采用疊加不同頻率的波形函數(shù)和增加網(wǎng)格頂點方法，因此計算量也隨之增大，另外一個不足之處是對于不同的波形需要重新定義不同波形函數(shù)，缺乏通用性。其實那些海水都是使用快速傅里葉變換的方法模擬出來的。海洋統(tǒng)計學研究指出，海面波浪的起伏運動是一個服從正態(tài)分布的隨機過程，而且具有各態(tài)歷經(jīng)性，因此服從高斯分布的噪聲函數(shù)開始在大規(guī)模水面模擬中得到了廣泛的應用。在水面模擬當中可通過柏林噪聲函數(shù)來構(gòu)造海面高度場，模擬水面的隨機起伏，例如 Johanson[7]引入投影網(wǎng)格的概念，在后透視空間構(gòu)造海面網(wǎng)格，并通過 Pedin噪聲的疊加來構(gòu)建海面高度場。同時還考慮光在水中傳播的物理特性，在不同天氣環(huán)境和光照下，水體也呈現(xiàn)不同的顏色，最終的模擬效果十分逼真。這個接口由近三百五十個不同的函數(shù)調(diào)用組成，用來從簡單的圖元繪制復雜的三維景象。這些實現(xiàn)一般由顯示設備廠商提供，而且非常依賴于該廠商提供的硬件。 ARB由一些特別興趣于建立一個 統(tǒng)一的普遍可用的 API的公司組成。 1995 年 OpenGL 的 版本面市，該版本較 性能提高許多，并加入了一些新的功能。這樣，不但許多支持 OpenGL 的電腦 3D 游戲得到廣泛應用，而且許多在 3D圖形設計軟件也可以運用支持 OpenGL 標準的 3d 加速卡 ，大大提高其 3D圖形的處理速度。 20xx年 8月， ~Op