风驱海面实时仿真建模算法研究

纪刚　陈聪

摘 要：本文基于线性滤波法设计了一种海面建模算法，利用P-M谱对高斯白噪声进行线性滤波得到服从高斯分布的随机海面模型，并从实时性和逼真性对建模算法进行了实验验证。

关键词：P-M谱；仿真建模；实时

中图分类号：TP391 文献标志码：A

0 引言

海面场景是应用较多的虚拟现实场景之一，本文旨在设计一种满足逼真性与实时性要求的大规模海面仿真建模算法。

海面建模方法的研究始于20世纪80年代，由于海面形态复杂且是时变的，加上其受到海洋环境、气候条件的影响，因此海面建模有其独特的复杂性。海面建模方法目前大致可以分为：

（1）基于物理模型的方法。

（2）基于几何模型的方法。

（3）基于细胞自动机的方法。

（4）基于海浪谱的方法。

为了便于比较，根据相关参考文献的结论，各种海面建模方法的优缺点见表1。

海浪谱的海面建模方法之所以在逼真性方面效果较好，原因在于海浪谱是基于对海洋的实际观测结果。海浪谱反演建模的一般方法主要有线性滤波法和线性叠加法，线性滤波法的优势主要在于海浪传播方向体现明显，线性叠加法的优势主要在于逼真性更好。对于风驱海面而言，其海浪传播的方向性明显，因此，考虑到逼真性与风驱海面方向性明显的实际情况，本文选择基于海浪谱的线性滤波法进行风驱海面仿真算法设计。

1 P-M谱

海浪谱即海面的功率谱函数，定义为海面高度起伏自相关函数的傅立叶变换，它反映了构成海面各谐波分量相对于空间频率和方位的分布。……