【正文】 ............................... 9 片段操作 .................................................................................................... 9 計(jì)算機(jī)圖形學(xué) .....................................................................................................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(jì)算機(jī)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(xué)模型 ..................................................................16 水波擴(kuò)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(shè)計(jì) ...........................................................................................................17 水波模擬的算法設(shè)計(jì) ..........................................................................................17 擾動(dòng) ..................................................................................................................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(shè)計(jì)： ...................................................................................23 實(shí)驗(yàn)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(xiàn) ............................................................ 28 1 摘要 近年來(lái) , 自然景物的模擬一直是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)最具挑戰(zhàn)的問(wèn)題之一 , 關(guān)于山、水等自然景物的模擬 , 在計(jì)算機(jī)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(duì)水流、水波的模擬正日益引起人們的關(guān)注 .。目前的一些三維圖形軟件產(chǎn)品已經(jīng)有不少包含了流體模擬的模塊， 如 Maya里面的 MayaFluid EffectsTM； 3DS Max提供的 glu3D流體插件； Next Limit推出的 RealFlow和 RealWave獨(dú)立軟件包更是出類拔萃，被稱為 PC機(jī)上最好的兩種流體動(dòng)力學(xué)模擬軟件。 雖然我國(guó)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究起步晚于歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，但是近年來(lái)國(guó)內(nèi)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，特別是視頻游戲的快速發(fā)展，促進(jìn)了我國(guó)水波模擬研究和技術(shù)的進(jìn)步，也取得了很多的成績(jī)。假設(shè)海平面靜止時(shí)是 XY平面， Z軸指向朝上，一個(gè)粒子的運(yùn)動(dòng)方程為： (11) (12) 該方法不需要大量的網(wǎng)格轉(zhuǎn)換計(jì)算，但需要合理地調(diào)整參數(shù)和添加 一些背景噪 聲。 Simon Premoze[9]提出了一種新的基于物理模型的大面積水面 (如海面，湖泊水面 )產(chǎn)生方法，作者根據(jù)海洋學(xué)的觀察數(shù)據(jù)實(shí) 時(shí)生成波浪，并且通過(guò)幾個(gè)簡(jiǎn)單又具有物理意義的參數(shù)，如風(fēng)速，風(fēng)向來(lái)控制波浪。 OpenGL 發(fā)展歷程 1992 年 7 月， SGI 公司發(fā)布了 OpenGL 的 版本，隨后又與微軟公司共同開發(fā)了Windows NT 版本的 OpenGL，從而使一些原來(lái)必須在高檔圖形工作站上運(yùn)行的大型 3D圖形處理軟件也可以在微機(jī)上運(yùn)用。游戲開發(fā)人員是一個(gè)有著獨(dú)立思想的群體，很多重要的開發(fā)人員目前仍然在使用 Open GL。求職器提供了一種方法。 這個(gè)階段所產(chǎn)生的結(jié)果就是完整的幾何圖元，也就是根據(jù)相關(guān)的顏色，深度 (有時(shí)還有紋理坐標(biāo)值以及和光棚化處理有關(guān)的一些指導(dǎo)信息 )進(jìn)行了變換和剪裁的頂點(diǎn)。每個(gè)片斷方塊對(duì)應(yīng)用于幀緩沖區(qū)中的一個(gè)像素。 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是伴隨著電子計(jì)算機(jī)及其外圍設(shè)備而產(chǎn)生和發(fā)展起來(lái)的，是利用計(jì)算機(jī)研究圖形的表示、生成、處理、顯示的學(xué)科。 (10)虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境的生成及其控制算法等。 MFC 的 OLE 類封裝了 OLE API 大量的復(fù)雜工作，這些類提供了實(shí)現(xiàn) OLE 的更高級(jí)接口。 MDI 應(yīng)用程序使用多文檔模板類 CMultiDocTemplate； SDI 應(yīng)用程序使用單文檔模板類 CSingleDocTemplate。pfd) == FALSE) { MessageBox(SetPixelFormat failed)。 // TODO: Add your message handler code here } 14 第三章 水波的計(jì)算機(jī)模擬原理和關(guān)鍵技術(shù) 水波很容易被認(rèn)為是一種橫波，實(shí)際上并非如此。 與 ν 墷 2u 分別為作用于單位質(zhì)量液體表面的合壓力與合粘性力； (ux,uy,uz)及 (fx,fy,fz)為 u 及 f 在直角坐標(biāo)中的投影。 流動(dòng)性 由于水在流體中粘滯力是較小的，故抗拉、抗壓力較弱，受剪切力和水層壓力影響時(shí)，若該力大于原有內(nèi)聚力，水即從高壓區(qū)流向低壓區(qū)，或按外力方向流動(dòng)。 17 第四章 基于 OpenGL 的水波模擬 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 模擬水表面動(dòng)畫的方法 大量的文獻(xiàn)對(duì)海洋表面仿真與動(dòng)畫，無(wú)論是在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和 海洋學(xué)等領(lǐng)域都有討論 。而且除 2可以用運(yùn)算速度很快的移位運(yùn)算符 來(lái)進(jìn)行。 for (int i=1。 d 20 Bitmap2[pos2++]=Bitmap1[pos1++]。 21 這種用數(shù)據(jù)緩沖區(qū)對(duì)圖象進(jìn)行處理的方法的最大的好處就是：程序運(yùn)算和顯示的速度與水波的復(fù)雜程度是無(wú)關(guān)的，用類似的方法完全可以對(duì)其他一些物理、自然現(xiàn)象如煙霧、云彩、陽(yáng)光等進(jìn)行逼真的模擬。} //計(jì)算出偏移象素和原始象素的內(nèi)存地址偏移量 int pos1, pos2。偏移的程度同 19 水波的斜率，水的折射率和水的深度都有關(guān)系，出于對(duì)處理速度的考慮同樣也不能對(duì)其進(jìn)行精確的模擬。而且水波上的任何一點(diǎn)在任何時(shí)候都是通過(guò)振幅的變化把能量以自己為圓心向四周擴(kuò)散，我們可以近似認(rèn)為一個(gè)點(diǎn)只會(huì)對(duì)相臨的前、后、 左、右四個(gè)點(diǎn)有影響。水波區(qū)域采樣法原理：吧睡眠堪稱一個(gè)二維的坐標(biāo)系，點(diǎn)（ x， y）坐標(biāo)值將受到其周圍區(qū)域的坐標(biāo)影響，最簡(jiǎn)單的情況是假設(shè)僅僅被（ x1,yx） .(x1,y).(x1,y+1). (x,y+1). (x+1,y).(x+1,y1).(x+1,y+1)和 (x,y1)影響，基于這個(gè)假設(shè)推到計(jì)算水波 振幅的公式。 秒 /米），而在 20℃ 時(shí)約為 59 倍。它的矢量形式為： (31) 在直角坐標(biāo)中的分量形式為： (32) (33) (34) （ 35) (36) (37) 式中 ρ 、 ν 、 p、 u、 f 分別為液體密度、運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)、動(dòng)水壓強(qiáng)、流速矢量、單位質(zhì)量的質(zhì)量力 。 ⑥ 設(shè)置 OpenGL 模型變換 glMatrixMode(GL_MODELVIEW)。 if ( (pixelformat = ChoosePixelFormat(m_pDCGetSafeHdc(), amp。視窗口通過(guò)文檔對(duì)象來(lái)訪問(wèn)和更新數(shù)據(jù)。 MFC 把許多類似的處理封裝起來(lái)，替程序員完成這些工作。 (6)不同字體的點(diǎn)陣表示，矢量中、西文字符的生成及變換。 計(jì)算機(jī)圖形學(xué) 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是研究怎樣用數(shù)字計(jì)算機(jī)生成、處理和顯示圖形的一門學(xué)科， 1963 年，伊凡 .蘇澤蘭在麻省理工學(xué)院發(fā)表了名為《畫板》的博士論文，標(biāo)志著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的正式誕生。 有些 OpenGL實(shí)現(xiàn)擁有一些特殊的資源，可以加速紋理的處理。它使遠(yuǎn)處的物體看起來(lái)比近處的物體更小一些。當(dāng)然，我們也可以不把數(shù)據(jù)保存在顯示列表中，而是立即對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，這種模式也稱為立即模式 (immediate mode)。 OpenGL API 開發(fā)代號(hào)為 Longs Peak，和以往一樣， OpenGL 仍然作為一個(gè)開放性和跨平臺(tái)的 3D 圖形接口標(biāo)準(zhǔn)，在 Shader 語(yǔ)言盛行的今天， 增加了新版本的 shader 語(yǔ)言： GLSL ,可以充分發(fā)揮當(dāng)前可編程圖形硬件的潛能。 OpenGL規(guī)范由 1992年 成立的 OpenGL架構(gòu)評(píng)審委員會(huì)（ ARB）維護(hù)。 6 通過(guò)疊加不同層次的噪聲函數(shù)可以很好的模擬自然現(xiàn)象中的分層現(xiàn)象，在地形生成 [5]，立體云模擬 [6]和水面模擬當(dāng)中應(yīng)用廣泛。早在 1809年 Gerstner[1]提出了 GerstIler模型用于海浪建模，采用波函數(shù)來(lái)模擬海面高低起伏的運(yùn)動(dòng)。 (4) 水流與外界物體的相互作用 ,當(dāng)一個(gè)物體掉入水中或水內(nèi)有物體在運(yùn)動(dòng)水流會(huì)受到怎樣的影響 國(guó)內(nèi)水波動(dòng)畫模擬相關(guān)研究 上述的水面模擬方法都有一個(gè)共同的不足，那就是不能描述水體的自由流動(dòng)和水面的劇烈變形，如波浪破碎等。對(duì)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(fù)雜的數(shù)學(xué)公式，通過(guò)數(shù)學(xué)建模來(lái)獲得某種特定的效果。 opengl。早期我們使用波形函數(shù)模擬簡(jiǎn)單的水面波動(dòng)，隨著計(jì)算機(jī)硬件水平的發(fā)展和研究技術(shù)的進(jìn)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(shí)感很強(qiáng)的三維流體。 夏青利用柏林噪聲函數(shù)生成的高度場(chǎng)為海浪中的每個(gè)頂點(diǎn)提供高度采樣源，同時(shí)針對(duì)海浪仿真中計(jì)算機(jī)量大的問(wèn)題，又提出一種實(shí)時(shí)繪制可見(jiàn)梯形范圍技術(shù)，解決海浪仿真中數(shù) 5 據(jù)量大的問(wèn)題，確保實(shí)時(shí)仿真和逼真的視覺(jué)效果，同時(shí)使用菲涅爾效果，將反射和折射效果混合在一起，增強(qiáng)海浪起伏的真實(shí)感。其實(shí)那些海水都是使用快速傅里葉變換的方法模擬出來(lái)的。這個(gè)接口由近三百五十個(gè)不同的函數(shù)調(diào)用組成，用來(lái)從簡(jiǎn)單的圖元繪制復(fù)雜的三維景象。這樣，不但許多支持 OpenGL 的電腦 3D 游戲得到廣泛應(yīng)用，而且許多在 3D圖形設(shè)計(jì)軟件也可以運(yùn)用支持 OpenGL 標(biāo)準(zhǔn)的 3d 加速卡 ，大大提高其 3D圖形的處理速度。并且得到了 nv的支持，其官方網(wǎng)站上提供針對(duì) N 卡的 sdk 下載?？臻g坐標(biāo)從 3D世界的一個(gè)位置投影到屏幕上的一個(gè)位置。如果像素?cái)?shù)據(jù)時(shí)從幀緩沖區(qū)讀取的，就對(duì)他們執(zhí)行像素轉(zhuǎn)換操作 (縮放、偏移、映射和截取 )。所有這些操作都可以被啟用或禁用。