随着计算机可视化技术的发展,海底环境仿真一直是计算机图形学的研究热点。海底地形复杂、数据量大且海水与地形、光线之间复杂的相互作用,使得实时渲染海底环境费时费力。现有的渲染方法渲染效果差、速度慢,且缺乏系统性。同时实时性对图形生成速度提出了考验,图形处理单元(Graphics Processing Unit,GPU)的出现缓解了这种难题。通过GPU代替CPU的一部分工作,将CPU解放出来,能使计算机的实时绘制能力得到极大提高。本文研究的多元素融合渲染方法,通过创建三维动态海底场景,综合对海底环境中地形、刻蚀、光束、散射和气泡等各种可见要素进行渲染,然后通过鼠标和键盘的交互,实现对整个海底环境的漫游。该方法不仅能够实现实时海底环境的动态渲染,还能提高绘制效率并改善绘制效果。论文的主要研究工作如下:(1)研究地形的数据获取与建模渲染方法。本文以遥感影像数据为基础,通过提取其中的数字高程数据建立OBJ文件模型,将模型与侧扫声纳所获取的图像纹理相结合,通过法线变换和纹理贴图实现地形的渲染。OBJ文件模型的预处理和简化操作加快了渲染速度,加载地形过程中可以达到秒加载,加载效率明显提高。(2)海洋环境的高逼真度实时渲染,包含基于刻蚀图及光线步进算法的刻蚀和光束渲染。通过刻蚀图算法得到刻蚀纹理,然后利用缓存技术和计时器相结合,实现刻蚀的动态渲染。通过光线步进算法绘制光束,GPU渲染大大缓解CPU运行压力,实验结果表明该方法的可行性与有效性。(3)虚拟环境中真实数据的三维动态可视化研究。利用Open GL实现三维动态场景构建,首先进行基础的系统界面构建,然后结合本文提出的多元素融合的渲染方法,综合地形渲染、动态刻蚀和光束渲染,加上通过粒子系统实现气泡和散射的渲染。通过高动态范围技术实现海面的动态仿真,实现海底动态场景搭建。最后利用鼠标和键盘交互技术,实现海底漫游。整体绘制速度可以达到18fps,满足实时绘制要求。