浅水水波的真实感建模与绘制

摘要

浅水水波的真实感建模和绘制，包括以下三个方面：采用基于物理原理的浅水方程实现对水面高度场的模拟，在浅水方程中引入外力(风力)，模拟微波荡漾的水面；绘制水面的反射和折射效果，实现对水波表面光学特性的仿真，提高浅水场景的真实感绘制；采用与浅水方程相结合的方式，实现水波与其他物体的交互，提高了水波的交互性。本发明利用差分法对引入风力的浅水方程进行求解，保证了计算的简单有效及大时间步长稳定性，实现水波模拟的实时性。在保证真实感绘制的同时，提高了计算性能。

主权项

浅水水波的真实感建模和绘制方法，包括以下三个步骤：(1)浅水水波波形生成：使用浅水方程完成水波的建模，在建模过程中将风力的作用项加入到浅水方程之中，使得水波的运动能够反应风吹动的效果；引入覆盖水面的规则四边形网格，在实时渲染的时间限定下使用有限差分法完成对浅水方程的求解，得到在网格基础上的水面高度场；最后利用OpenGL将得到的高度场进行绘制，实现水面波形的实时显示；(2)模拟水波表面光学特性：设定水面的Phong光照模型，并利用GPU技术进行加速，在保证实时渲染的计算效率的同时完成场景的光照度计算；通过RTT技术，获取场景的反射效果纹理和折射效果纹理，按照菲涅尔公式对这两个纹理进行混合，最后通过纹理映射实现水波表面反射、折射效果的绘制；(3)水波与其他物体的交互仿真：与浅水方程 ∂ h ∂ t = - ( ∂ u ∂ x + ∂ v ∂ y ) ∂ U ∂ t = - 1 ρ ▿ ρ + F 进行结合，使得物体与水波能够交互，当物体落入水波或在水面上移动时，能够对相应的水面网格施加影响，产生符合物理特性的水波。