论文摘要：虚拟场景中自然景物仿真算法研究

近年来，自然景物的建模与绘制已成为计算机图形学的研究热点之一，并广泛应用于各种虚拟场景绘制中。自然景物仿真应用于军事领域中的作战规划、模拟系统，能够使得作战规划人员与指战员亲临其境地体验作战过程。 基于物理模型的流体建模和基于分形理论的山脉、树木建模都是自然场景绘制的重要部分。随着计算机硬件技术的发展，自然场景绘制的质量及仿真动画的实时性均有较大提高。本文工作如下：

第一，采用SPH算法建立基于力学原理的流水粒子模型，使用GPU中的CUDA架构进行并行计算以加速计算过程，从而保证流体的绘制质量及实时性；通过在GPU中建立散列表快速查找相邻粒子，从而进一步加速SPH算法。

第二，采用元球法结合Wyvill势函数建立整个流水粒子场的等势面公式，对绘制流体的三维空间进行剖分，剖分成立方体单元集；对立方体单元的每一个角点使用GPU并行计算求出角点的等势面公式计算值，以此来加速角点函数值计算；采用Marhing Cubes 方法计算流体粒子场的等值面并绘制；针对Marching Cubes方法中存在大量不包含等值面体元的问题，对其进行了改进，使用了直方金字塔方法查找包含等值面的立方体单元，从而进一步加速Marching Cubes算法。

第三，研究了分形图形的L-系统生成法，建立合适的L-系统表达式，基于分叉结构的轴树模型使用三维L-系统对树木进行建模，并根据真实树模型进行树木主干和叶片的绘制；采用基于力学的简化模型对树随风摆动的现象进行了模拟。

第四，使用拓展的SPH方法来模拟流水和各种规则形体的交互效果；采用分形算法中的Diamond-Square方法实现了山脉、地形建模与绘制，并实现了流水与山脉、地形等非规则形体的交互效果模拟。

第五，在VS2010中的使用VC++和 OpenGL编程，并导入飞行器的3ds模型进行绘制；结合作战规划，进行作战场景构建及任务模拟。

本研究将离散粒子力学模型与经典计算机图形学算法相结合，将场景建模绘制应用于作战模拟，并结合计算机硬件领域的新成果及具体应用对算法进行了优化。

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