胡雄俊，楊紅雨，2，萬(wàn) 宇

（1.四川大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院，四川 成都610065；2.四川大學(xué) 視覺合成圖形圖像技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室，四川 成都610065；3.四川川大智勝軟件股份有限公司 研究院飛行模擬機(jī)部，四川 成都610065）

0 引 言

對(duì)海洋的模擬仿真第一步就是對(duì)海浪建模，目前主要的建模方法可以分為4 類［1］：基于幾何模型、物理模型、海浪頻譜和Perlin 噪聲幾種方法，現(xiàn)對(duì)后兩者進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

基于海浪頻譜的建模具有直觀真實(shí)的特點(diǎn)，海浪譜是對(duì)海洋環(huán)境長(zhǎng)期實(shí)際監(jiān)測(cè)得到的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)而來，這種建模方法通過對(duì)海浪譜進(jìn)行反演得到高度場(chǎng)，模擬海浪波形，一般分為線性疊加法和線性過濾法兩種［2］。這種方法模擬的海浪效果真實(shí)感強(qiáng)，但缺陷在于大量的重復(fù)置換貼圖會(huì)在海洋遠(yuǎn)側(cè)產(chǎn)生明顯的瓷磚效應(yīng)［3］。

基于Perlin噪聲的海浪建模方法是通過不同頻率的Perlin噪聲構(gòu)建一種特定的高度場(chǎng)用來模擬海浪。這種方法生成的海浪不會(huì)存在既定方向，隨機(jī)性大，符合自然規(guī)律，有很好的真實(shí)感，但是由于其計(jì)算復(fù)雜度較高，嚴(yán)重影響大面積海洋渲染實(shí)時(shí)性，一般只用來模擬規(guī)模較小的水域。

本文考慮到飛行員在遠(yuǎn)海海面上空飛行時(shí)視野內(nèi)場(chǎng)景，從實(shí)際情況出發(fā)，結(jié)合海浪譜和Perlin噪聲這兩種方法的優(yōu)點(diǎn)對(duì)海浪建模，并充分發(fā)揮GPU 超強(qiáng)的并行計(jì)算能力進(jìn)行繪制。最后，在模擬飛行員看到的較真實(shí)的大面積深海海域場(chǎng)景同時(shí)，保證較高的海浪繪制實(shí)時(shí)性。

1 海浪建模

1.1 經(jīng)典Gerstner波模型

海洋表面的波浪是由數(shù)量龐大的簡(jiǎn)單波形成的，而每一個(gè)簡(jiǎn)單波又是一些正弦波的線性疊加。經(jīng)典的Gerstner模型［4］從近似流體動(dòng)力學(xué)的角度闡述了每一個(gè)簡(jiǎn)單水波經(jīng)過時(shí)，海浪表面的質(zhì)點(diǎn)在垂直方向上做周期性運(yùn)動(dòng)。在1986年，被Fournier和W.T.Reeves首次引入圖形圖像領(lǐng)域［5］。其表達(dá)式為

其中，點(diǎn) （x0，y0）是質(zhì)點(diǎn)平衡位置，A 是振幅，也就是質(zhì)點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑，K 是角波數(shù)，ω 是角頻率，t是時(shí)間參數(shù)。設(shè)波長(zhǎng)為λ，周期為T，那么k＝2π／λ，ω＝2π／T，（kx0－ωt）表示相位角，點(diǎn) （x，y）表示時(shí)刻t質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到的位置。

1.2 基于頻譜統(tǒng)計(jì)模型

根據(jù)線性波理論和隨機(jī)過程波浪理論［6］，認(rèn)為海浪是由無數(shù)個(gè)振幅不同，頻率各異，方向錯(cuò)雜，相位紛亂的正弦波疊加組成。一般通過頻率的形式把海浪的能量表達(dá)出來，并定義為海浪譜。2001 年，Tessendorf J.［7］采用海洋統(tǒng)計(jì)和經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停瑢⒋罅空也ㄟM(jìn)行疊加，然后對(duì)結(jié)果進(jìn)行快速傅里葉變換，生成一個(gè)與海浪譜分布近似的有限區(qū)域高度場(chǎng)。通過這種方法生成的海浪效果真實(shí)感較強(qiáng)，但是在形成一個(gè)大面積海域時(shí)，在遠(yuǎn)處會(huì)產(chǎn)生明顯的周期性效果，圖1是僅使用FFT 生成的一片海面，在圖中遠(yuǎn)處可以明顯看出重復(fù)貼合。另外，這種方法的實(shí)時(shí)性較一般，只能滿足一定網(wǎng)格點(diǎn)數(shù)條件下的要求。

圖1 僅使用FFT 生成的海面

1.3 基于Perlin噪聲模型

Perlin噪聲是由Ken Perlin在1985年發(fā)明的一種自然噪聲生成算法［8］。它被廣泛運(yùn)用在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)。算法通過一些基值進(jìn)行隨機(jī)插值來模擬自然界物體，如高山輪廓，海浪，搖曳的樹枝，石紋等。謝攀［9］用這種方法在Vega Prime中建立對(duì)海面的仿真。給定一個(gè)基礎(chǔ)噪聲函數(shù)和噪聲插值函數(shù)，就可以生成一系列連續(xù)的不同振幅和頻率的平滑函數(shù)，再將這些平滑函數(shù)進(jìn)行疊加就構(gòu)造了一個(gè)Perlin噪聲函數(shù)，可表示如下［10］

式中：（x，y）——像素位置，I——分頻次數(shù)，α——平滑參數(shù)，其值越小，獲得的噪聲灰度圖越平滑。圖2 中，通過將左邊4張不同分頻次數(shù)的2D 噪聲疊加，最后形成最右邊的擾動(dòng)噪聲紋理。

圖2 經(jīng)過不同分頻次數(shù)疊加形成的擾動(dòng)噪聲紋理

利用此擾動(dòng)噪聲紋理中的細(xì)節(jié)可模擬海面水波的運(yùn)動(dòng)，該方法能夠很好地消除海面遠(yuǎn)處重復(fù)貼合帶來的瓷磚效應(yīng)，但是由于Perlin噪聲建模的海浪自身周期長(zhǎng)，模擬的海浪模型比較平緩，在繪制大面積深海海域時(shí)，會(huì)使整片海面的近處表現(xiàn)得比較模糊，缺乏細(xì)節(jié)。與實(shí)際效果相比，存在一定差異。

2 高度場(chǎng)生成

Tessendorf J.［7］采用海洋統(tǒng)計(jì)和經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，從頻域角度出發(fā)，應(yīng)用隨機(jī)噪聲和Phillips頻譜生成海洋頻域數(shù)據(jù)，然后用快速傅里葉變換計(jì)算得到海浪空域波形，得到比較接近真實(shí)自然界的波浪。Phillips頻譜在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中被廣泛使用，Phillips頻譜函數(shù)計(jì)算如下

式中：K——波向，可表示為

設(shè)海洋表面是一個(gè)M＊N 的網(wǎng)格點(diǎn)數(shù)的矩形區(qū)域，n∈［－N／2，N／2］，m∈ ［－M／2，M／2］，LX，LZ表示矩形區(qū)域在x，z方向上的長(zhǎng)度。ω 是角頻率，A 是一個(gè)數(shù)值倍數(shù)常量，k是波數(shù)，L 是風(fēng)速v 的平方與重力加速度g 之比L＝v2／g。得到的初始時(shí)刻的高度場(chǎng)值可以用下式表示

式中：ˇG（K）——隨機(jī)Gauss隨機(jī)數(shù)。即ˇG（K）＝Gaussian （K）。

每一次的實(shí)時(shí)計(jì)算中，在X，Y，Z 這3個(gè)方向上更新頻譜。在時(shí)刻t得到Z 方向的高度值為式中：ω 為散度，它描述了海底地形與海浪的關(guān)系，受重

最后通過快速傅里葉變換逆變換將頻域信號(hào)轉(zhuǎn)換為空域信號(hào)，得到空域高度場(chǎng)值。

3 CUDA GPU 并行計(jì)算

從NVIDIA CUDA toolkit1.0開始，到現(xiàn)在最新5.5版本，其功能不斷升級(jí)完善，為C，C＋＋程序員提供了一個(gè)良好的基于GPU 加速應(yīng)用的綜合性發(fā)展環(huán)境。CUDA 編程一般分為主機(jī)端 （HOST）和設(shè)備端 （DEVICE），前者主要是CPU 設(shè)計(jì)控制程序流程，分配調(diào)度釋放資源，后者則是GPU 設(shè)定線程 （Thread）的處理方式并進(jìn)行并行計(jì)算。

CUDA 基本要素Thrust是一個(gè)類似于STL 的CUDA并行算法庫(kù)，使用這些高度抽象封裝的算法，隱藏了內(nèi)部細(xì)節(jié)，有利于安全性，又提高了可靠性。根據(jù)官方實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，使用這一要素，在并行排序等計(jì)算上，其性能可以提升5到100倍。在GPU 領(lǐng)域，NVIDIA 推出的CUDA 技術(shù)搭建的是一種并行計(jì)算體系架構(gòu)，比單純的CPU 運(yùn)行效率至少高出十倍。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果表明，在處理一張256＊256的網(wǎng)格計(jì)算中，GPU 的計(jì)算效率要比CPU 高出80 到100倍。

在本文研究中，采用CUDA GPU computing toolkit4.0庫(kù)函數(shù)對(duì)頻譜進(jìn)行快速傅里葉變換。結(jié)合VS2008和OSG得到渲染結(jié)果。硬件條件是windows操作系統(tǒng)，3.30GHz Intel Core i5－3550 CPU，8.0GB RAM，2GB 顯 存，NVIDIA GeForce GTX 560Ti。在充分發(fā)揮GPU 高性能并行計(jì)算能力時(shí)，很好地彌補(bǔ)了采用FFT 構(gòu)建海浪模型的實(shí)時(shí)性一般的缺陷，在實(shí)時(shí)性和真實(shí)性之間的得到了很好的均衡。

4 網(wǎng)格模型

4.1 網(wǎng)格算法

在計(jì)算網(wǎng)格模型時(shí)，大體分為兩種算法。一種可以稱為是正投影算法，主要分為以下幾步：

（1）計(jì)算海平面區(qū)域在世界空間的坐標(biāo)，劃分得到該坐標(biāo)系下的網(wǎng)格；

（2）將世界空間下網(wǎng)格投影變換到屏幕空間；

（3）在屏幕空間網(wǎng)格上進(jìn)行置換貼圖；

（4）網(wǎng)格渲染。

這種方法將有效規(guī)律的網(wǎng)格從世界空間坐標(biāo)系變換到屏幕空間坐標(biāo)系，因此不會(huì)有斷裂和很嚴(yán)重的閃爍現(xiàn)象，不足之處是需要另外的算法將其擴(kuò)展到海平面。綜合考慮本文研究對(duì)象是飛行員在海面上飛行時(shí)視野內(nèi)場(chǎng)景真實(shí)性，需要嚴(yán)格控制閃爍感，便采用另外一種與之類似的投影網(wǎng)格方法投影網(wǎng)格算法［11］，主要步驟分為［12］：

（1）在屏幕空間生成一個(gè)正對(duì)視點(diǎn)的規(guī)律網(wǎng)格；

（2）將網(wǎng)格上的點(diǎn)投影到海平面；

（3）把海平面上的有效網(wǎng)格矩陣變換到世界空間坐標(biāo)系下的網(wǎng)格；

（4）在世界空間坐標(biāo)系下的網(wǎng)格上進(jìn)行置換貼圖；

（5）網(wǎng)格渲染。

將屏幕空間的規(guī)律網(wǎng)格投影到海平面如圖3，圖4 所示。圖3中的地平線曲線是視點(diǎn)所能看到的海洋最遠(yuǎn)處。圖4中海平面上網(wǎng)格點(diǎn)是圖3中均勻的網(wǎng)格點(diǎn)投影形成的?？梢钥闯?，圖3中的B 點(diǎn)在視點(diǎn)網(wǎng)格范圍內(nèi)，投影到海平面上時(shí)能得到一個(gè)有效網(wǎng)格點(diǎn)。而其中的A 點(diǎn)則超出了視點(diǎn)范圍，在投影時(shí)就會(huì)投影到海平面后面，形成逆向投影點(diǎn) （backfiring）［11］。解決這個(gè)問題，必須引入另外一個(gè)投影攝像機(jī)projector，使之始終朝向海平面，并且用觀察者投影機(jī)查看projector投影矩陣生成的網(wǎng)格［13］。圖4中相機(jī)向上方向與A 點(diǎn)夾角為θ，與A′夾角為天頂角ZenithAngle，為了確保類似A 這樣的點(diǎn)都能正常投影到海平面上，則至少需要偏移一個(gè)差角Ω。

圖3 屏幕坐標(biāo)下的偏移

圖4 投影偏移

這種算法不會(huì)損失屏幕空間每一個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)，也很容易擴(kuò)展到海平面，但其缺點(diǎn)也是顯而易見的。一是由于偏移后遠(yuǎn)處的網(wǎng)格點(diǎn)很密集，欠采樣，當(dāng)視點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，與遠(yuǎn)處網(wǎng)格點(diǎn)的視角偏差比較大，從而產(chǎn)生較強(qiáng)的閃爍感，本文將在后面詳細(xì)介紹降低閃爍感方法。二是當(dāng)視點(diǎn)移動(dòng)到一定高度時(shí)，在海平面的邊界會(huì)有一些斷裂，因此需要一個(gè)更大的畫布覆蓋這些斷裂，在后面也會(huì)給出解決方法。

4.2 降低閃爍感

在飛行模擬仿真應(yīng)用中，由于飛行員需要長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行模擬訓(xùn)練，為了緩解視覺疲勞，降低圖元柵格化產(chǎn)生的閃爍感是一項(xiàng)非常關(guān)鍵的任務(wù)。

光線跟蹤技術(shù)因?yàn)槠鋵?shí)現(xiàn)原理的簡(jiǎn)潔高效，極大地提高了算法的效率，但與此同時(shí)也引入了欠采樣的問題。在基于光線跟蹤技術(shù)的海洋模擬中，欠采樣會(huì)集中發(fā)生在距離視點(diǎn)較遠(yuǎn)的區(qū)域內(nèi)。其根本原因是因?yàn)楣饩€跟蹤技術(shù)是數(shù)值計(jì)算的結(jié)果，其像素點(diǎn)上表現(xiàn)的顏色信息往往不能反映準(zhǔn)確的圖元顏色信息，這在圖元較遠(yuǎn)的時(shí)會(huì)特別嚴(yán)重。在默認(rèn)的圖形管線中，開啟超級(jí)采樣能有效的緩解圖元投影占據(jù)像素過小帶來的閃爍問題，但同樣的方法并不適用于光線跟蹤。理想情況下，熒幕上每個(gè)像素所表示的顏色信息應(yīng)當(dāng)是攝像機(jī)眼點(diǎn)位置和像素邊界的正方形所構(gòu)成的椎體和圖元在三維世界坐標(biāo)系中相交面的顏色的綜合信息，所以基于光線跟蹤射線求交的方法往往會(huì)造成遠(yuǎn)處像素的不連續(xù)和閃爍。

在實(shí)現(xiàn)過程中，如果在默認(rèn)的繪制管線中不做處理，進(jìn)行頂點(diǎn)位置更新操作會(huì)在頂點(diǎn)處理階段進(jìn)行。但是在這個(gè)階段做更新操作，采樣的結(jié)果將是被采樣紋理上的一個(gè)精準(zhǔn)的像素 （設(shè)置nearest采樣），實(shí)際上在很遠(yuǎn)的地方，需要采樣的應(yīng)該是平鋪置換貼圖展開的大平面的一塊區(qū)域。這樣以某一準(zhǔn)確采樣值代替該像素周圍特定的一塊區(qū)域均值，就會(huì)產(chǎn)生誤差，形成跳躍不連續(xù)。為了避免這種情況發(fā)生，本文采用了一種延時(shí)采樣的方法。利用片源處理階段顯卡能夠取到周邊像素的紋理坐標(biāo)信息，硬件自動(dòng)計(jì)算出mipmap等級(jí)這一特性，實(shí)現(xiàn)均值計(jì)算，將高度的采樣延時(shí)到片源處理階段，具體做法分為三步：

（1）把屏幕空間看到的所有像素需要置換更新的高度存放在一個(gè)屏幕等大的紋理intermediateTexture上。

（2）把這張intermediateTexture紋理做一些適當(dāng)?shù)奶幚恚缓笞鳛橄乱徊降妮斎搿?/p>

（3）在頂點(diǎn)處理階段采樣這張已經(jīng)處理過的紋理，進(jìn)行置換更新，這樣就保證了連續(xù)性。

處理繪制這張intermediateTexture時(shí)，需要很大的幾何體，對(duì)像素采樣發(fā)生在圖元內(nèi)部。而透明度抗鋸齒是專門處理幾何體內(nèi)部的，覆蓋采樣抗鋸齒 （CSAA）只對(duì)邊緣進(jìn)行抗鋸齒處理，實(shí)驗(yàn)中在采樣階段開啟Nvidia顯卡透明度抗鋸齒使得效果有更顯著的提高。

經(jīng)過一系列這樣的處理之后，閃爍感降到了人眼可以接受的范圍之內(nèi)，看不到閃爍。利用硬件計(jì)算，提升繪制效率，但隨之增加了一張紋理，而且為了避免海平面邊緣出現(xiàn)裂縫，必須根據(jù)視點(diǎn)高度動(dòng)態(tài)地調(diào)整這張紋理的大小。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)視點(diǎn)距離海平面高度H 與海平面水平寬度L 滿足關(guān)系式 （8）時(shí)，效果最佳

式中：η——拉伸系數(shù)，本文實(shí)驗(yàn)中取η＝1.40，φ 為視點(diǎn)到最遠(yuǎn)處海平面的射線與視點(diǎn)到海平面垂直方向的夾角。

除了在程序中通過算法降低閃爍感，在柵格化過程中開啟硬件反走樣降低柵格化帶來的閃爍，這兩者結(jié)合能夠很好的減輕閃爍感。

前面的算法是建立在網(wǎng)格分辨率和屏幕分辨率一致的情況下，然而這樣會(huì)導(dǎo)致頂點(diǎn)過多，延時(shí)采樣階段負(fù)擔(dān)過重，降低繪制效率；另一方面，降低網(wǎng)格分辨率又會(huì)很大程度地減少海浪細(xì)節(jié)，使得模擬的效果模糊平緩，不夠真實(shí)。為了協(xié)調(diào)兩者，本文實(shí)驗(yàn)測(cè)試得出，采用3＊3的網(wǎng)格在效率和細(xì)節(jié)上是一個(gè)比較好的平衡點(diǎn)。

模擬海洋采用的是動(dòng)態(tài)的網(wǎng)格，即使存在某一部分欠采樣，肉眼對(duì)此也并不太敏感，即人眼對(duì)閃爍有一定的寬容度。在這個(gè)寬容度的范圍內(nèi)，不會(huì)覺察有明顯的閃爍感。經(jīng)過上述方法應(yīng)用后，實(shí)驗(yàn)中海洋的閃爍感得到了很好的控制。

5 蒙板混合

基于頻譜統(tǒng)計(jì)模型生成的海浪經(jīng)過貼圖后在遠(yuǎn)處會(huì)產(chǎn)生瓷磚效應(yīng)。通過FFT 生成的海浪模型細(xì)節(jié)豐富逼真，但周期短；而基于Perlin噪聲生成的海浪模型周期很長(zhǎng)，符合深海域波浪模型特征，不足的是缺乏細(xì)節(jié)，模糊平緩，肉眼不敏感。結(jié)合兩種模型優(yōu)點(diǎn)，采用蒙板混合。距離視點(diǎn)一定距離 （800 m）以內(nèi)采用基于頻譜模型生成海浪，20000m 以外采用基于Perlin噪聲模型生成的海浪，而在800m 到20000m 之間的區(qū)域，則使用這兩者的混合，其海浪混合如圖5 所示。經(jīng)過混合后的海浪效果更加真實(shí)，如圖6所示。相比較前面的圖1，可以明顯看出海浪的細(xì)節(jié)更加豐富細(xì)膩。

圖5 海浪混合

圖6 混合后的效果

6 海面光照渲染

海水顏色是由很多復(fù)雜因素共同決定的，比如水中礦物質(zhì)，微生物體色和數(shù)量，雜質(zhì)等。另外，水面光照效果（折射，反射，漫射等）對(duì)水面的真實(shí)感也起到重要作用。在本文研究中，主要考慮海面上光的反射和折射。

本文中光照模型滿足Fresnel定律，其中Fresnel系數(shù)ρ計(jì)算公式如下［13］

式中：θt——折射角，θi——反射角。公式給出了Fresnel系數(shù)與反射角，折射角的關(guān)系。但實(shí)際計(jì)算中太過復(fù)雜，可 以 簡(jiǎn) 化 為［10］

式中：E——反射方向，N——法線方向。

6.1 光的反射

當(dāng)視點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到近水面處，朝遠(yuǎn)側(cè)海面眺望時(shí)，海面反射光將主要影響場(chǎng)景渲染。由光學(xué)原理可知，發(fā)生反射時(shí)反射角等于入射角，即在圖7中有i＝r，而圖中法線的計(jì)算在實(shí)際光照渲染中主要分為四步：

（1）基于頻譜建模，經(jīng)過FFT 后得到高度場(chǎng)，由該高度場(chǎng)生成梯度值，記為F梯度值；

（2）基于Perlin噪聲建模，生成Perlin噪聲高度場(chǎng)，同樣得到Perlin噪聲梯度值，記為P梯度值；

（3）計(jì)算FFT 和Perlin模型混合因子，混合F梯度值和P梯度值；

（4）由混合梯度值得到光照光線。

Fresnel反射紋理從一張預(yù)計(jì)算的紋理中讀取。原理如圖7左部分所示。發(fā)生反射時(shí)，在視錐內(nèi)能看到的范圍為圖中粗黑界面與兩條邊界反射光線所圍成的區(qū)域，即圖中所示可見區(qū)域，在這個(gè)區(qū)域外面的物體將被裁剪掉。下一步，利用立方體映射技術(shù) （cube mapping）技術(shù)，將反射向量與天空盒立方體面相交，獲取其紋理顏色，生成反射紋理對(duì)象。接著繪制真實(shí)視點(diǎn)所見場(chǎng)景。最后取得反射紋理對(duì)象，并與水體表面顏色混合，得到光照反射圖像。水體表面顏色Cwatersurface的計(jì)算為［13］

式中：R，T——入射光和反射光，在不考慮衰減的情況下它們滿足R＋T＝1。

圖7 海洋光照反射折射

6.2 光的折射

當(dāng)視點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到海面一定高度，近乎垂直地看向水面時(shí)，光的折射對(duì)場(chǎng)景的渲染占主導(dǎo)因素。光的折射滿足Fresnel準(zhǔn)則，計(jì)算折射角β滿足

其中n1，n2分別為空氣折射率和水折射率。一般取n1＝1.0，n2＝1.33。

光的折射與反射計(jì)算相似，生成折射紋理比生成反射紋理相對(duì)簡(jiǎn)單，只需要渲染在實(shí)際視點(diǎn)位置渲染水下不具有透明折射的對(duì)象，并將計(jì)算后將結(jié)果存在一張紋理中［10］。海洋光照反射折射如圖7右部分。

此外，在光照計(jì)算中增加了鏡面光成分。通過實(shí)時(shí)計(jì)算太陽(yáng)的位置和反射光形成海面鏡面光，鏡面系數(shù)隨著太陽(yáng)的位置運(yùn)動(dòng)而變化，圖8是增強(qiáng)光照渲染之后的效果圖。

圖8 增加光照后效果

7 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

移動(dòng)視點(diǎn)，截取實(shí)驗(yàn)的部分效果如圖9所示。

從圖9可以看出，渲染后的深海海域場(chǎng)景比較接近自然真實(shí)效果。在模擬飛行員海上對(duì)抗演練時(shí)，能達(dá)到其對(duì)虛擬海洋真實(shí)性的要求。在實(shí)驗(yàn)過程中，本文提出了基于屏幕空間反向投射高度場(chǎng)網(wǎng)格點(diǎn)的算法，該算法采用了逆向思維，并且能夠?qū)⒗L制的平面海洋擴(kuò)展到球面，便于和陸地地形等一起分布在地球模型上。同時(shí)也詳細(xì)提出了一種解決目前海洋模擬中普遍存在的閃爍問題的方法。用Fraps工具測(cè)試平均繪制幀率為61fps，達(dá)到了預(yù)期效率的要求。

圖9 效果

8 結(jié)束語(yǔ)

海洋模擬仿真一直是比較熱門的話題，本文最后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果在模擬場(chǎng)景真實(shí)性和繪制實(shí)時(shí)性之間得到了較好的均衡，特別是對(duì)海洋仿真中的閃爍感問題提出了一種解決方法，真實(shí)感更強(qiáng)。當(dāng)然，也存在一些完善提高的地方。首先就是對(duì)虛擬海洋環(huán)境飛行對(duì)抗演練視景來說，場(chǎng)景特效單一，只考慮了簡(jiǎn)單的海洋環(huán)境，需要在后期研究中增加更多的環(huán)境因素，如雨，霧，島嶼，艦艇等。再者是幀率，需要在后期的實(shí)驗(yàn)中進(jìn)一步優(yōu)化模型，并深入研究線程資源的合理分配，充分利用顯存，減少數(shù)據(jù)在CPU 和GPU 之間的傳輸。最后還可以增加水面與水上物體的實(shí)時(shí)交互，如艦艇尾波，細(xì)浪，泡沫，海底的焦散，使場(chǎng)景更加豐富逼真。

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