基于网格计算的近海岸波浪仿真

波浪仿真是海岸工程领域中一件非常有意义的工作。但是，从目前海岸工程界两大类波浪数学模型研究来看，即：能量平衡模型和质量、动量守恒模型，都存在着巨大的计算量问题。若仅用一台微机进行计算，不能够得到实时动态的仿真结果。从网格计算思想出发，采用SWAN（Simulating WAves Nearshore）模型，提出了网格计算的体系结构和基于网格计算的动态波浪仿真的建模，最后对近海岸波浪进行动态仿真。     

一种快速的海浪仿真方法

海浪仿真的实时性是海洋场景仿真的重要需求之一。对海面网格和浪高计算同时进行简化处理,提出一种快速的海浪仿真方法。该方法采用放射状环形网格对海面进行LOD划分,用海浪谱反演生成海浪高度纹理图序列,并在GPU顶点着色器上对海面网格进行循环纹理映射以获得网格节点的动态高度数据。同时,采用多级纹理映射和视域裁剪对海面网格进行优化处理。实验结果表明,提出的方法能有效提升海浪仿真速度,仿真对CPU的占用率低,真实感强,可充分满足视景仿真系统对海浪仿真的实时性要求。     

基于遗传编程和效用最优的网格资源调度及仿真

由于因特网的开放、动态性,传统的计算资源调度方法已不再适用网格计算.基于经济模型的网格资源管理和调度成为研究热点.针对计算市场模型中非线性效用最优化问题,提出了一种基于遗传编程改进的效用最优的网格资源调度算法.该算法使用遗传编程构造计算市场模型中的效用函数,使得计算复杂度控制为O(n).仿真结果表明该算法可以提高网格计算中的资源调度性能.     

波浪干扰下的AUV纵向运动建模与模型预测控制

针对近水面航行的AUV,研究了其波浪影响下定深控制问题。基于弗劳德—克雷洛夫假设(Froude-Krylov Hypothesis),采用切片理论计算AUV近水面运动中受到的随机波浪干扰力和力矩,并以此作为扰动项建立随机波浪作用下AUV纵向运动的线性化数学模型。采用模型预测控制方法进行仿真研究,使AUV的航行深度和俯仰角达到期望值。仿真结果表明:该方法能够有效提高AUV近水面航行过程中的抗波浪干扰能力,系统具有良好的动态性能。     

基于物理模型的海上溢油实时可视化仿真

提出一种基于物理模型和纹理映射技术的海面溢油实时三雏可视化方法对海上溢油进行实时动态仿真.通过分析海上溢油扩展和漂移过程的数学模型,在视点相关的自适应海面网格模型的基础上,运用纹理映射技术在海面特定区域实现了海面油膜扩展和漂移的实时动态仿真和可视化,方法简单、实用.     

基于区域分解的二维海面生成及多普勒分析

提出一种基于区域分解的二维海面生成方法,将海谱划分为若干个子区域,分区域生成同完整海谱相对应的海面。将加权曲率近似方法与区域分解相结合,计算整幅海面的电磁散射,仿真并分析了L和X波段下海面多普勒谱特性。结果表明,所提出的方法解决了具有庞大采样网格的海面生成和电磁散射计算问题,使得在微波高频段下的粗糙海面多普勒谱仿真仍可在普通微机上实现,且更适应于多线程并行运算。     

时变海面舰船目标动态雷达特征信号模型

提出了一种时变海面舰船目标动态雷达特征信号的仿真方法。建立了海面舰船目标雷达回波多径效应模型、二维动态粗糙海面的时变复反射系数模型和动态海面舰船运动的水动力模型,并同目标电磁散射计算的高频方法相结合,形成了时变海面舰船目标动态雷达特征信号仿真模型。利用海面浮球的测量数据对模型进行了验证,并对典型舰船目标的动态雷达特征信号进行了仿真和分析。     

基于水动力模型的船舶航态的模拟仿真

根据船舶运动动态平衡原理,采用源汇法建立了在不同浪向下船舶横向运动的不动力模型,根据给定的船舶参数,用STF切片法计算了船体的水动力系数和波浪扰动力（矩）,并存入数据库。提出了采用四阶龙格－库塔法求解船舶运动水动力模型的线性微分方程组,以获得船舶随时间变化的各自由度运动幅值。提出并采用了与以往不同的三维模拟仿真方法－虚拟现实技术,创建了天空和海面波浪等三维虚拟场景,实现了具有真实感的、随时间变化的三维船舶航态（横摇、摇艏、横荡）在该场景中的实时动态仿真,取得了良好的效果。     

基于小振幅波理论的浅海波浪建模及动态仿真

提出一种新的浅海波浪建模方法。该方法基于小振幅波理论,通过修改小振幅波波形建立具有尖锐波峰和卷曲波形的浅海波浪模型。对浅海波浪的运动特性进行分析,给出波高和波数的计算方法,并提出一种基于相位分解和累积的波向计算方法以解决任意浅海地形条件下的波浪折射问题。仿真结果表明,该方法生成的浅海波浪,具有较高的绘制速度和真实感,可满足实时视景仿真的应用需求。     

舰载直升机机舰配合过程仿真建模技术研究

基于用FLIGHTAB开发环境建立了直升机和舰艇之间的机舰配合系统仿真模型.按照相关要求开发了海面风场、甲板流场和舰船运动学系统仿真模型,编制了相关计算软件包,进行了机舰配合过程系统仿真的初步研究,并为舰载直升机训练模拟器配套了系统仿真软件.数学模型中包含直升机飞行动力学仿真模型、局部非定常舰面效应仿真模型、甲板流场仿真模型、海面紊流模型、舰船运动学数学仿真模型以及海面风场仿真模型,各模型定义在统一仿真空间内,实现了模型之间的时空无缝交联.基于上述仿真模型,开展了机舰动态配合仿真计算、舰面起降过程和包线分析计算,包括静态着舰过程及舰上操作仿真计算、机舰运动配合着舰等动态分析科目.该软件包已在舰载直升机综合任务训练模拟器上得到推广应用.     

三维随机海浪交互式仿真技术研究

随着自然现象的交互式模型不断发展,海浪的可视化模拟日益受到关注。通过研究三维随机海浪的仿真技术,基于Gerstner海浪模型开发仿真系统,并利用海浪谱对其进行仿真控制。此外,从网格模型的建立与优化,纹理映射与光照三个方面讨论了三维海浪的仿真方法。仿真结果表明,该系统不仅可以实现实时、逼真的三维随机海浪仿真,同时具有较好的交互性。     

海浪实时建模与绘制技术研究

通过对国内外目前典型的海浪建模和绘制方法的分析与研究,提出了一种新的海浪模拟方法。该方法基于Gerstner-Rankine模型,引入了概率统计思想,采用视点相关的圆形网格,代替传统的普通网格完成海面高度场的采样,且能支持实时动态连续分辨率海浪表现的建模和绘制。运用此方法生成的海浪,既具有较高的真实感,又具有较快的绘制速度,满足了数字化海战场环境保障的需要。     

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。     

可视球面海浪建模与绘制

大规模海浪的快速建模和绘制是目前的研究热点,如何建立球面海浪模型和对可视球面海浪区域进行多分辨采样,是在数字地球平台上实现大规模海浪实时模拟的关键。为解决此问题,结合现有算法,考虑球面曲率影响,提出了球面海浪模型,以及相应的屏幕细分算法和海陆判断算法,解决了球面海浪模型存在的高纬度"压缩"现象,将计算和绘制限制在视点相关的可视球面海浪区域。实验表明,该方法适合大规模海浪仿真,其绘制效果逼真性好,速度快,能满足交互应用的需求。     

基于方向谱的海浪合成方法

研究海浪对反舰导弹的控制系统与飞行弹道的影响,需要对海浪进行逼真模拟。在分析随机三角函数叠加产生海浪及反演海浪频谱模拟海浪不足的基础上,提出基于方向谱的海浪合成方法:采用Gerstner波形描述海面,通过对方向谱进行四叉树采样,提取组成波振幅、频率、传播方向等参数合成海浪。该方法能够模拟远离海岸的任意大小、任意精度的连续海洋表面,效果逼真,可用于海浪的数值仿真与视景仿真中,能够为反舰导弹控制系统仿真及三维弹道仿真提供连续海洋波面数据。     

海面连续溢油的三维实时绘制

对短时间尺度内的连续溢油进行研究.海面采用同心圆网格模型模拟,海浪高度图采用快速傅立叶变换方法生成.提出利用平面折射技术实现海面油膜的绘制,采用粒子系统实现油粒子模型,粒子所在位置的潮流速度采用分区方法高效计算.模拟试验表明,该方法可实现海面连续溢油的逼真、快速模拟.     

一种基于曲面细分的大规模地物建模方法

结合纹理特征曲线和高程数据,提出了一种曲面细分的算法来构建多分辨率地物模型.将地物表面的高程信息和提取该高程信息的特征值数据映射到三角网格纹理中,该算法给出了一种三角边与纹理特征曲线相交的三角面分裂方法构造自适应细分三角网格.通过设计细分三角网格的二叉树数据结构和开发测试程序进行测试,表明该算法具有建模速度快、保持几何特征较好的特点,可以满足在PC机上实现地物模型的大规模建模和实时交互显示要求.     

基于线性海浪理论的海浪数值模拟

概述了海浪理论发展的历史和现状，对几种海浪研究方法进行了简要说明。详细论述了基于线性海浪理论进行海浪数值模拟的线性叠加法和线性过滤法，给出了具体的数值算法，讨论了工程应用数值模拟与视觉效果模拟之间的区别及各自的处理方法。并分析了工程应用领域内进行海浪数值模拟所采用的其他一些理论和方法，指出了现有海浪数值模拟方法存在的局限性。最后，对海浪数值模拟研究的发展趋势进行了展望。     

大规模海战场景建模与绘制技术研究

提出了一种考虑球面曲率影响的海浪建模方法,解决和消除了模型生成中存在的计算量大和高纬度"压缩"等问题;依靠可逐点计算生成海浪模型,利用屏幕细分自适应算法将计算和绘制限制在与视点相关的可视球面海洋区域.基于船行波理论和粒子系统理论方法,根据船行波粒子所受外力构建其运动方程,模拟船行进过程中船首波.船尾波.最后,在PC机上进行了实验,结果表明用户可以在数字地球平台上实现大规模海战场景交互漫游.