王家腾,解文彬,殷　超,邵　妍

(解放军理工大学指挥信息系统学院,江苏 南京　210007)



基于改进Gerstner波的岛礁近岸波浪实时仿真*

王家腾,解文彬,殷超,邵妍

(解放军理工大学指挥信息系统学院,江苏 南京210007)

为了实现岛礁附近波浪实时仿真,结合Gerstner波和水波动力学知识,提出了一种能够模拟波浪卷曲和折射绕射现象的波浪建模与绘制方法。首先,建立Gerstner波参数随水深变化关系,构建模拟波浪卷曲过程的几何模型;然后,定义岛礁地形对波浪传播的阻障和遮挡系数,并据此修正波浪传播的波向和波高,实现折射和绕射现象的仿真;最后,应用着色器缓存技术完成计算的硬件加速,并构建了基于视点的波浪传播多分辨率绘制策略。实验结果表明,该方法对波浪的卷曲和折射绕射现象取得了较好的仿真效果,绘制效率能够满足实时性要求。

岛礁;波浪传播;卷浪;波浪折射;波浪绕射

近岸波浪在表现海水与岛礁岸滩交互场景中具有重要作用,是海场景真实性的一个重要因素。近岸波浪由远海风浪传入浅水区形成。在浅水区运动过程中,波浪与水下地形相互作用,波长和波速减小,波幅增大,出现折射、绕射、破碎等复杂的现象,进行实时仿真绘制难度大。

浅水波浪绘制方法主要可分为两种:基于物理的方法和基于几何的方法。基于物理的方法主要通过求解纳维-斯托克斯方程(Navier-Stokes equations,NSE)获得海浪内部各水质点的运动状态,最后根据这些水质点构建波面[1-5]。这种方法能够描述海浪的真实运动状态,不受水下地形、风速等条件的限制。……