海水虚拟仿真技术（完整版）

**由于头条号链接出现问题，现将内容迁移过来**

虚拟海水仿真技术一直是虚拟领域研究的难题，海水仿真在游戏开发、虚拟海战、航海模拟等应用的非常广泛。许多科研机构也投入了大量的资金和人员去研发。笔者自己研发了一个关于海水实时仿真的引擎，基于GPGPU实现的，效果可以达到CG的水平。在其中运用了大量的数学运算，如何更逼真的实现海水的仿真，重点需要解决几个重点问题：
第一、是仿真真实海水在不同气候下的海浪效果；
第二、是要仿真真实海水的高光、反射以及折射效果；
第三、是要仿真船在海中航行的轨迹效果；
第四、是海水中的物体随海浪滚动自由上下浮动
第五、是解决海水靠近岸边有层次的滚动
笔者实现的海水引擎也是围绕这五方面的技术实现的，在给读者说原理之前先展示一下海水的效果图片，图片对应的也是上面五个技术点。

仿真海浪效果图

船在海水中航行轨迹效果图

海水的反射折射效果图

随海水上下浮动效果图

海水靠近岸边呈现效果图
该海水仿真实现的步骤如下所示：
1、在CPU中进行初始化工作，申请内存，动态的生成海水网格。
2、在GPGPU中计算海浪的生成，采用的是并行计算。该算法是基于FFT的改进算法Gerstner waves实现的。
3、接下来利用傅立叶变换和统计波模型计算海浪产生的高度场。
4、生成波涛汹涌的海浪效果，这个主要是实时模拟浪花，泡沫，飞溅等效果，求解雅可比矩阵公式计算得到。
5、最后使用GPGPU对海水的高光、反射以及折射效果进行渲染。

最后欢迎访问IT小屋：姜雪伟个人主页