Модели визуализации воды. Физический подход, уравнения Навье-Стокса. Параметрический подход, волны Герстнера, Realflow, OSGocean. Спектральный подход генерации поверхности воды. Алгоритм обратного быстрого преобразования Фурье, эффект заострённых волн.
ПРАВИТЕЛЬСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «ВЫСШАЯ ШКОЛА ЭКОНОМИКИ» УТВЕРЖДАЮ Академический руководитель образовательной программы «Программная инженерия», профессор департамента программной инженерии, канд. техн. наук Выпускная квалификационная работа на тему «Программа визуализации водной поверхности» по направлению подготовки 09.03.04 «Программная инженерия» Выполнил студент группы БПИ121 4 курса бакалавриата образовательной программы «Программная инженерия»Детально описан спектральный подход, позволяющий генерировать модель поверхности воды в реальном времени. Работа содержит описание метода визуализации заостренных волн, позволяющего увеличить реалистичность получаемой при помощи спектрального подхода модели. Приведено описание алгоритма быстрого преобразования Фурье применительно к использованию в спектральном подходе. В результате данной работы была разработана программа визуализации водной поверхности при помощи спектрального подхода в реальном времени. Ключевые слова: визуализация водной поверхности, спектральный подход генерации поверхности воды, алгоритм быстрого преобразования Фурье, OPENGL Compute Shaders.Спектральный подход генерации поверхности воды..............................................................17 2.1 Описание спектрального подхода.................................................................................................17 2.2 Эффект заостренных волн...............................................................................................................20 2.3 Алгоритм обратного быстрого преобразования Фурье в спектральном подходе....................22 2.4 Выводы по главе..............................................................................................................................26 Глава 3. Разработка программы...............................................................................................................27 3.1 Инструменты разработки и технологии ........................................................................................27 3.2 OPENGL Compute Shaders................................................................................................................27 3.3 БПФ и OPENGL Compute Shaders.....................................................................................................31 3.4 Сравнение производительности выполнения алгоритма БПФ на CPU и GPU...........................35 3.5 Работа программы...........................................................................................................................36 Выводы по главе....................................................................................................................................37 Заключение................................................................................................................................................39 Список использованных источников.......................................................................................................40 Приложение А………………………………………………………………………………………………………………………………………42На сегодняшний день в связи с активным развитием информационных технологий компьютерная графика стала широко использоваться во многих областях человеческой деятельности: научное моделирование, кинематограф, СМИ, видеоигры. Одним из важных направлений фотореалистичного рендеринга является изучение поведения и приемов визуализации воды, которые, ввиду ее повсеместного распространения, находят свое применение в той или иной сфере использования компьютерной графики. Во-первых, наряду с тем, что вода является сложным объектом, в программах визуализации она не существует изолированно, а взаимодействует с каким-либо окружением: она может находиться в стакане, из которого затембудет переливаться в другой сосуд, в другом случае потребуется визуализировать цунами на побережье, в третьем необходимо получить реалистичное изображение поверхности океана. Во-вторых, изза ограниченности вычислительных ресурсов на модель визуализации воды накладываются дополнительные условия: в одном случае нужно получать результаты в реальном времени на персональных компьютерах среднего ценового сегмента, в другом в расположении имеются несколько мощных кластеров. Несмотря на то, что эти методы применимы в моделировании не только воды, но и любой жидкости, а также способны генерировать правдоподобные визуальные эффекты, их использование сопряжено с большим объемом вычислений, что делает подобные методы неприменимыми при визуализации масштабных сцен в реальном времени.
Abstract.........................................................................................................................................................3 Основные определения, термины и сокращения....................................................................................4 Введение......................................................................................................................................................6 Глава 1. Модели визуализации воды........................................................................................................8 1.1 Физический подход. Уравнения Навье-Стокса...............................................................................8 1.1.1 Метод сеток Эйлера...................................................................................................................9 1.1.2 Метод Лагранжа.........................................................................................................................9
1.2 Процедурный подход......................................................................................................................11 1.2.1 Параметрический подход. Волны Герстнера.........................................................................11 1.2.2 Спектральный подход..............................................................................................................13 1.3 Обзор существующих аналогов......................................................................................................15 1.3.1 Realflow......................................................................................................................................15 1.3.2 The Triton 3D Ocean & Water SDK.............................................................................................15 1.3.3 OSGOCEAN...................................................................................................................................15 1.4 Выводы по главе..............................................................................................................................16
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
