近海海浪的建模仿真研究

发布时间：2017-09-23 11:28

  本文关键词：近海海浪的建模仿真研究

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【摘要】：近年来,人们尝试用虚拟现实技术来模拟三维海浪,由此导致三维海浪建模和仿真在军事战舰对抗方面、影视作品、海洋工程、游戏开发等领域得到了广泛应用。鉴于海浪仿真受空间、动态等多种因素影响,使海浪仿真成为计算机图形学研究的热点。本文首先从近海海浪的特征入手,在分析水深与波形参数的关系基础的上,得出受水深变化而产生次峰较多的浅水谱形的特点,通过增加一个深度因子来克服JONSWAP谱能量过于集中于主峰的缺陷,使谱形产生次峰,可用于近海浅水波浪模拟。为表现海浪细节,本文第二步提出一种方形-方形细分的阈值滤尖峰算法来克服传统分形算法生成海浪的折痕、尖峰等问题。通过方形-方形细分法计算海浪曲面的插值点,同时控制阈值的大小,对曲面的不同尖峰进行滤除,完成海面网格点的绘制。然后,通过分析传统海浪分形算法,得出相邻插值点之间信息传递跨度过大是产生波浪折痕、尖峰现象的主要原因。为此提出了一种新的适用于近海海浪仿真的阈值滤尖峰的细分算法。最后在分析了数字信号处理器DSP具有功耗低、实时计算速率高的优点,并且DSP芯片上集成的众多端口功能可以很容易地建立起系统,提出运用DSP处理器来计算海浪高度,并在DSP硬件平台上实现了该算法,为近海区域的大面积海浪的实时仿真提供了有效的应用基础。OpenGL仿真结果表明,改进的JONSWAP谱适合于模拟近海,可以生成的逼真、平滑、柔和的浅水海浪。新的分形算法能有效地减少生成波浪的折痕、尖峰现象,具有较好的真实感和实时性,达到了近海浅水实时仿真的目的。
【关键词】：近海模拟 改进JONSWAP谱 方形方形细分法 阈值滤尖峰算法
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P731.22;TP391.9
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-13
• 第一章 绪论13-23
• 1.1 课题研究的目的及意义13-14
• 1.2 国内外研究现状14-19
• 1.2.1 近海海浪建模方法14-18
• 1.2.2 海浪绘制技术18-19
• 1.3 近海海浪模拟目前存在的问题19-20
• 1.4 本文主要的内容20
• 1.5 本文各章节安排20-23
• 第二章 基于OpenGL的海浪仿真的实现23-35
• 2.1 OpenGL简介23-27
• 2.1.1 OpenGL的基本特点23-25
• 2.1.2 OpenGL的基本功能25
• 2.1.3 OpenGL的工作流程25-26
• 2.1.4 OpenGL的绘图流程26-27
• 2.2 基于OpenGL绘制海浪场景的基本原理27-28
• 2.2.1 基于OpenGL编程的基本原则27-28
• 2.2.2 基于OpenGL绘制海浪的基本原理28
• 2.3 海浪场景的设计与实现28-34
• 2.3.1 设置开发环境28
• 2.3.2 构建OpenGL海浪场景模拟的程序框架28-31
• 2.3.3 绘制波面网格31-32
• 2.3.4 渲染波面32-34
• 2.4 本章小结34-35
• 第三章 近海海浪模型的研究35-49
• 3.1 海浪谱模型35-38
• 3.1.1 海浪运动的影响因素35-37
• 3.1.2 Pierson-Moscowitz谱37-38
• 3.2 JONSWAP谱模型38-43
• 3.2.1 波浪从深海到浅海的传播与折射38-42
• 3.2.2 JONSWAP谱海浪模型42-43
• 3.3 改进的JONSWAP谱模型43-44
• 3.3.1 水深与波形参数之间的关系43-44
• 3.3.2 加入深度因子的JONSWAP谱改进模型44
• 3.4 实验结果分析44-46
• 3.4.1 MATLAB上近海海面的比较44-45
• 3.4.2 OpenGL上近海海面的比较45-46
• 3.5 本章小结46-49
• 第四章 阈值滤尖峰的细分算法在近海海浪仿真中的应用49-59
• 4.1 MPD网格细分算法49-53
• 4.1.1 MPD网格细分算法原理49-50
• 4.1.2 菱形-方形细分法50-52
• 4.1.3 三角形细分法52-53
• 4.1.4 方形-方形细分法53
• 4.2 阈值滤尖峰算法53-54
• 4.2.1 近海海浪场景尖峰产生的原因53
• 4.2.2 阈值滤除尖峰原理53-54
• 4.3 基于MPD的阈值滤尖峰算法的近海海浪仿真步骤54-55
• 4.4 实验结果对比分析55-57
• 4.4.1 普通分形与阈值滤尖峰法仿真结果比较55-56
• 4.4.2 阈值滤尖峰算法仿真结果与真实海浪的对比56
• 4.4.3 普通分形与阈值滤尖峰法仿真实时性比较56-57
• 4.5 本章小结57-59
• 第五章 基于嵌入式硬件平台的近海海浪仿真算法的实现59-69
• 5.1 嵌入式系统架构的搭建59-63
• 5.1.1 ADSP-BF538简介59-60
• 5.1.2 LAN91C111模块60-62
• 5.1.3 DSP与LAN91C111的硬件连接62-63
• 5.2 数据传输模块63-67
• 5.2.1 以太网数据传输63-65
• 5.2.2 系统的软件设计65-67
• 5.3 本章小结67-69
• 第六章 总结与展望69-71
• 6.1 论文总结69
• 6.2 研究课题展望69-71
• 致谢71-73
• 参考文献73-77
• 附录A (硕士研究生期间的科研成果)77

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 李相迎,周红建,王正志;一种随机海洋波模型及其数字仿真[J];国防科技大学学报;1999年02期

2 姚纪欢,方艺东,肖景明,葛德彪;动态海面的分形模拟及其电磁散射[J];西安电子科技大学学报;1999年06期

3 李苏军;宋汉辰;吴玲达;;海浪实时建模与绘制技术研究[J];系统仿真学报;2006年S1期

4 褚彦军;康凤举;;一种基于分形的海浪视景仿真方法[J];系统仿真学报;2006年S2期

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本文编号：905005