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第1章 绪论1

1.1 航海模拟器概述1

1.2 航海模拟器的视景系统及DNV相关标准2

1.3 航海模拟器及其视景系统的发展现状4

1.3.1 国外发展现状4

1.3.2 国内发展现状6

1.4 航海模拟器中海浪的模拟8

1.4.1 基于构造的方法9

1.4.2 基于物理模型的方法10

本章参考文献13

第2章 波浪理论17

2.1 海浪概述17

2.2 波浪理论20

2.2.1 微小振幅波20

2.2.2 有限振幅波24

2.2.3 波浪谱28

本章参考文献33

第3章 GPU技术与视景的组织管理35

3.1 GPU技术35

3.1.1 图形绘制流水线35

3.1.2 GPU的发展历程38

3.1.3 GPU的主要技术41

3.1.4 GPU编程43

3.1.5 GPU在计算机图形学中的应用46

3.1.6 GPU展望48

3.2 视景的组织49

3.2.1 视景建模工具49

3.2.2 OpenFlight数据格式50

3.2.3 航海模拟器视景的高效组织51

3.3 视景管理平台56

3.3.1 视景管理平台56

3.3.2 OpenGVS视景管理58

3.3.3 OSG视景管理59

本章参考文献64

第4章 基于波浪谱的海浪模拟算法68

4.1 海浪实时生成模型68

4.1.1 海浪的数学模型68

4.1.2 由波浪谱确定某一浪级的仿真参数69

4.1.3 海浪的实时生成算法76

4.2 浪花的生成条件和浪花的动态仿真实现81

4.2.1 浪花的生成条件分析81

4.2.2 浪花的动态仿真实现84

4.3 船舶航迹流和兴波的实时仿真85

4.3.1 基于粒子系统和图像综合的船舶航迹流模型86

4.3.2 基于粒子系统和图像综合的船舶兴波实时动态仿真91

4.3.3 算法效率的考虑及实现95

本章参考文献97

第5章 基于GPU的海浪真实感绘制算法98

5.1 海平面网格模型的建立99

5.2 高度图的生成101

5.2.1 傅立叶变换及FFT算法的GPU实现102

5.2.2 高度图和法线图的生成106

5.3 海面光照及特殊效果115

5.3.1 反射效果117

5.3.2 折射效果119

5.3.3 浪花120

5.4 算法流程与结果分析121

5.4.1 算法流程图121

5.4.2 算法绘制效果122

5.4.3 算法对比124

5.5 小结124

本章参考文献124

第6章 大规模近岸海浪的模拟127

6.1 近岸海浪概述127

6.1.1 近岸海浪的传播与变形127

6.1.2 近岸海浪的数值模拟130

6.1.3 航海模拟器中近岸海浪模拟技术的研究现状135

6.1.4 本章内容介绍136

6.2 基于Boussinesq方程的较小范围近岸波浪运动建模137

6.2.1 Boussinesq方程概述137

6.2.2 基于Boussinesq方程的海面运动建模139

6.2.3 算法实现及应用144

6.2.4 小结153

6.3 基于椭圆型缓坡方程的中等范围近岸波浪运动建模154

6.3.1 椭圆型缓坡方程概述155

6.3.2 基于缓坡方程的海面运动建模157

6.3.3 算法实现与应用161

6.3.4 小结169

6.4 基于抛物型缓坡方程的较大范围近岸海面运动建模169

6.4.1 抛物型缓坡方程概述170

6.4.2 基于抛物型缓坡方程的波浪运动建模171

6.4.3 算法实现及应用174

6.4.4 小结180

6.5 基于随机波浪理论的大范围近岸波浪运动建模181

6.5.1 SWAN模型概述181

6.5.2 基于SWAN模型和FFT方法的波面运动建模184

6.5.3 算法实现及应用185

6.5.4 小结191

6.6 大规模近岸波浪的几何建模与绘制192

6.6.1 大规模近岸波浪的几何建模192

6.6.2 大规模近岸波浪的绘制196

6.6.3 算法实现及应用198

6.6.4 小结202

本章参考文献203