基于OpenGL的水波模拟【开题报告】.doc

1、本科毕业论文（设计）开题报告 论文中文题目 基于 OpenGL 的水波模拟 论文英文题目 Simulation of Ripple Based On OpenGL 专业 计算机科学与技术 选题的背景和意义 随着计算机仿真技术的不断提高，人们对真实事物的模拟要求越来越高，模拟技术的重要性越来越突出，尤其在 3D游戏、军事演习和仿真实验等方面。而寻求能准确地描述客观世界中各种现象与景观的数学模型，并逼真地再现这些现象与景观，是计算机图形学的一个重要研究课题。 在这之中，自然场景的描述是虚拟现实技术和计算机图 形学的研究热点 ， 其中水面的模拟是自然场景描述的重点，对增加虚拟自然环境的沉浸感起到了非

2、常重要的作用。 本次选题志在能够通过直接模拟波属性来得到水波的水波图像，真实地重现露水下落至水面产生水波的全程仿真过程，从而达到水波三维实时仿真并且提高真实感的目的，通过扩大范围的改进，可以进一步实现诸如雨滴，火焰，烟雾，阳光等特效，这对于提高影视制作及军事战场模拟的现场实时模拟的画面质量具有重要意义 课题基本内容，拟解决的主要问题 此次课题的基本内容是实现水波产生过程的全程实时模拟。 水波有一系列特性，如扩散、衰减、 折射以及反射等，所以综合一下，拟解决的问题主要是以下几点： (1)对波的模拟，水波是水流运动的关键属性，当水流受到各种外部及内部物体的作用时，会产生波，并且在水流内部传播，视觉

3、上可以表现为水表面上的波纹和漩涡； (2) 水流形体的绘制，水的形状是不确定的，且非常容易改变，一方面，若把水的形状看成一个高度场表示的曲面，则无法表现水流的破碎以及卷曲的波纹，另一方面若把水看成由许多水粒子组成的点集，又面临如何进行可视化的问题； (3) 水流与外界物体的相互作用，当一个物体掉入水中或水内有物体在运动水流会受到怎样的 影响。在本课题中即水珠落入水中引起的连锁反应的如何实现。 (4) 光与影的处理，水是透明的，它的视觉印象很大程度上取决于周围的环境，另外水对光的折射作用使水中的倒影效果更加地复杂多变； 由于本课题探讨的是初步的水波模拟制作，所以此次设计的重点在于波的模拟，水流形

4、体的绘制以及外界物体与水流之间的相互作用，即通过程序设计，模拟水池中露水滴入水池中所产生的水.2. 波，从而达到本课题的最终目的。 课题研究方法及技术路线 研究思路如下： 首先要建立两个与水池图像一样大小的数组，用来保存水面上每一个点的前一时刻和后一时刻波幅数据，因为波幅也就代表了波的能量，我们称这两个数组为波能缓冲区。水面在初始状态时是一个平面，各点的波幅都为 0，所以，这两个数组的初始值都等于 0。 根据算出的波幅数据对页面进行渲染，因为水的折射，当水面不与视线相垂直的时候，所看到的水下的景物并不是在观察点的正下方，而存在一定的偏移。偏移的程度与水波的斜率，水的折射率和水的深度都有关系，如

5、果要进行精确的计算，显然是很不现实的。同样，我们只需要做线性近似处理就行了。因为水面越倾斜，所看到的水下景物偏移量就越大，所以可以近似的用水面上某点的前后、左右两点的波幅 之差来代表所看到水底景物的偏移量。 增加波源的情形，即水珠落入水中，形成的波源的大小和能量与水滴的大小和高度有关系。只要修改波能数据缓冲区 buf，让它在水滴入水的地点来一个负的“尖脉冲”，即让 bufx， Y=一 n。 n的范围数值还需要试验来得出。控制波源半径的方法是以水滴入水中心点为圆心，画一个以水滴半径为半径的圆，让这个圆中所有的点都来这么一个负的“尖脉冲”就可以了。 具体程序流程如下 : 开始 -初始化成员函数及其

6、变量 -编写场景模型函数，水波处理函数，波形显示函数，缓冲区数据交换函数及材质函数 -场景绘 制及渲染 -运行程序，输出仿真结果 -结束 4.研究的总体安排和进度计划 总体安排： 在本学期期末完成研究的作品，并给出程序。同时开始撰写论文，在本学期期末前完成论文的大纲和所需所寻外文文献的翻译工作，完成论文理论基础知识部分的编写。在下学期完成论文剩余部分的撰写和修改，并就论文进行答辩。最后提交所有资料完成研究。 进度计划： 第一阶段： 2010.10.1-2010.10.31 查阅资料，撰写综述，翻译及开题报告 第二阶段： 2010.11.1 -2010.11.6 开题答辩 第三阶段： 2010.

7、11.7 -2010.11.17 编写场景函数 2010.11.18-2010.11.24 编写水波处理函数 2010.11.25-2010.12.5 编写波形显示函数 2010.12.6 -2010.12.19 编写缓冲区交换函数 2010.12.20-2010.12.31 编写材质函数 2011.1.1 -2011.1.10 渲染场景和材质，完成作品 第四阶段： 2011.1.11 -2011.1.21 完 成论文大纲并上交审核 第五阶段： 2011.2.21 -2011.3.10 完成论文初稿 2011.3.11 -2011.4.1 修改论文 .3. 2011.4.1 -2011.4.8

8、 完成论文，定稿并打印 2011.4.9 -2011.5.7 整理好所有论文资料，提交论文 第六阶段： 2011.5.7 -2011.5.8 论文答辩 2011.5.13 之前 提交完所有论文相关电子材料 5.主要参考文献 1 美 Donald Hearn&M.Pauline Baker 著 .计算机图形学（第三版） .蔡士杰，宋继强，蔡敏译 .2005 年 10 月 .电子工业出版社 . 2 马骏，朱衡君，龚建华 .基于 Cg 和 OpenGL 的实时水面环境模拟 .系统仿真学报 .2006 年 2 月 . 3 侯庆，陈孝威 .基于 OpenG L 的流体交互式仿真 . 计算机应用研究 .2

9、007 年 4 蓝淑渊，璩柏青 . 基于 OpenGL 的雨滴水波三维仿真 .计算机仿真 .2006 年 10 月 5 马文君 .借助 OPENGL 技术模拟水波动画 .中央民族大学学报 .2006 年 8 月 6 吕希奎，周小平著 .实战 OpenGL 三维可视化系统开发与源码精解 .2009年 6 月 .电子工业出版社 7 美 Richard S.Wright,Jr.Benjamin Lipchak 著 . OpenGL 超级宝典 .徐波译 .2005 年 9 月 .人民邮电出版社 8 周建龙，肖春 .计算机图形学理论与 OpenGL 编程实践 .2007 年 7 月 .华南理工大学出版社 9 美 F.S.Hill 著 .计算机图形学 专著 ：用 OpenGL 实现 .罗霄 ,商青华 ,袁春阳等译 .2006 年5 月 .清华大学出版社 10 美 巴斯 (Buss,S.R)著 . 3D 计算机图形学 (OpenGL 版 ) .唐龙等译 .2006年 10 月 .清华大学出版社