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。     

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.     

基于海浪谱的随机海浪仿真及验证

将VV＆A技术引入了海浪仿真研究。首先比较了线性叠加法和线性滤波法并对其仿真结果进行了校核，然后验证了仿真结果，并讨论了谱窗估计和最大熵谱估计两种方法在海浪谱仿真验证中的可用性，最后通过在PC机和工作站上的大量仿真试验分析了海浪视景实时仿真相匹配的网格、频率等参数的选择对帧时间的影响。研究表明上述结果在海浪仿真、验证和视景生成方面具有参考应用价值。     

三维海浪场的数值模拟及其动态仿真

根据研究线性海浪理论、海浪谱反演海浪数据的线性叠加法,反演出三维海浪场数据并进行多角度分析。结合飞行器掠海飞行仿真的实际需要,深入研究了PC机平台上大量三维海浪场数据的产生方法和显示方法。大量的仿真实验结果表明,本文所提方法是可行且有效的,对实际海浪场具有良好的模拟,可广泛应用于动态仿真、虚拟现实及相关领域。     

关于海浪的有理谱建模及其仿真方法

本文研究了有理谱的性质,在此基础上,利用最小二乘法对海浪进行了有理谱建模并构造出成形滤波器.向Mikio等人的结果相比,其结果是简单的,并且是可应用的。     

基于浅水风浪谱的海浪水压场模型仿真与校核

对海浪水压场高精度建模仿真,是水雷水压引信研究的一个重要工作.依据由我国附近海域实测数据总结出的风浪谱模型,对浅水层海浪水压场进行建模仿真,并利用牛顿迭代法优化模型计算,提高仿真的精度和计算速度.对比实测海浪水压场特征参量,对仿真结果进行校核,证明仿真模型在特征参量准确性和作战仿真实用性方面取得不错的效果.     

随机海浪模型的建立及仿真分析

给出两种简便、有效的建立随机海浪模型的方法 ,即能量等分法和有理谱法 ,并对其进行了仿真与对比分析。它对于进一步研究海上舰船航行控制和直升机海面无线电高度悬停控制有重要意义。     

图形学中的破碎模拟动画研究进展

作为一种常见物理现象,物体破碎的模拟在三维游戏、电影工业及虚拟现实等领域起着非常重要的作用。目前,破碎模拟动画的建模手段主要可分为基于物理的建模和基于几何的建模两类。从这两个方面全面系统阐述了图形学领域破碎模拟动画的研究现状,讨论和分析了这两种方法的优缺点,并对进一步的研究方向提出了看法。     

基于方向谱的船舶摇荡运动仿真系统研究

船舶摇荡运动数据对于船舶设计与航行安全性分析十分重要,船舶模型在不同海况下的摇荡仿真可指导工程师优化船舶设计。构建了一种基于方向谱的船舶摇荡仿真方法。该方法采用方向谱描述海浪,由切片法获得船舶的响应振幅算子(RAO),基于线性假设和叠加原理采用频谱分析法计算获得船舶摇荡运动频域解和时域解。基于DIRECTX和VC++建立了船舶摇荡运动仿真系统,能仿真工作于不同风浪环境下的船舶摇荡运动响应,仿真结果与实测结果的频谱特征一致,并实现了船舶摇荡运动的仿真结果可视化,可综合反映船舶的航行状态。     

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。     

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。     

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Matlab的不规则海浪三维仿真

讨论了二维不规则长峰波海浪和三维不规则短峰波海浪的模型的建立，并在海浪谱分析的基础上进行了仿真研究。在Matlab仿真系统中为了得到较为真实理想的海浪模拟效果，作者提出了对仿真图形进行了波面细化，海浪颜色和光照等加工处理的方法。     

基于长短波非线性作用的海面建模与仿真

海面建模和仿真是检验SAR成像算法和海浪谱反演算法的重要手段。当海面长波波长大于雷达距离向分辨率时,长短波间的调制作用是海面SAR成像的决定因素。针对线性模型和已有非线性模型在反映复杂海况时存在的不足,对Longuet-Higgins模型进行扩展,提出一个长波与多个短波非线性作用的深海海面模型,并进行三维数值模拟。该模型不仅易于实现,也更容易扩展到一个长波与任意多个短波非线性作用的复杂海况建模。     

细长潜体在层化海洋内波中受扰运动建模与仿真

在船舶流体动力学和内波动力学基础上，根据定解条件，建立了层化海洋内波对水下细长潜体的作用力的数学模型，结合潜体运动方程，对细长潜体在层化流体界面波中受扰运动进行了仿真。计算结果与实验结果的比较验证了该算法的有效性。