大规模虚拟海面红外场景仿真作为科学理论研究和真实外场试验的中间形式,综合了计算机图形学、数学、物理各学科的知识,通过调用计算机的CPU与图形硬件GPU计算和渲染,能够提供给用户高真实感、高实时性的动态海洋场景。这项技术不仅克服了红外图像获取过程中的诸多困难,而且还能对海面做战场景和武器投放演练进行仿真与评估,是衡量我国军事综合实力的一个重要部分。本文从虚拟海面红外场景仿真的真实感和实时性出发对现有技术进行优化,所取得的主要研究成果为:1.对动态海浪波动模型进行了研究。比较了四种常见海浪的建模方法,本文选择利用Pierson-Moscowitz谱作为频率谱,ITTC(国际船模水池会议)作为方向谱的二维海浪谱模型与基于几何模型的线形叠加Gerstner模型相结合,构造出海面的高度场函数,接着引入Perlin噪声函数对大规模海面进行扰动,实现了随机起伏的波动海面。2.对海面的红外光照计算模型进行了研究。探测器所能接收到的辐射能量是由海面自身辐射能量与海面对环境光源、强光源的反射辐射能量及大气辐射能量组成的。首先给出了海面对强光源反射的计算方法、详细分析了Ross双向反射率模型,并根据此模型设计场景中强光源反射部分的渲染实现,接着给出了海面对环境光源反射的计算方法、方向反射率模型,并根据方向反射率推出方向发射率模型,最后介绍了大气传输辐射随探测距离的变化特性。3.对海面上的舰射红外诱饵弹进行了研究。红外诱饵弹作为一种常用的干扰武器,经常出现在飞机、舰船周围,干扰红外探测器对目标的探测,首先分析了红外诱饵弹对目标的保护机制,接着根据诱饵弹的特征利用粒子系统与公告板技术制作出诱饵弹的三维模型与特效,然后针对红外场景分析诱饵弹的红外辐射特性。4.对海面上的爆炸水柱进行了研究。根据炮弹在海面爆炸的情况对水体进行分析,爆炸水柱的形态与运动特性,并基于粒子系统对其模拟仿真。5.对海洋红外场景的系统性结构进行了研究。针对场景仿真所涉及到的各个部分给出结果并进行分析,首先对用到的OGRE三维渲染引擎、基于GPU的高级着色语言Cg和加速场景更新的纹理生成技术做了介绍,接着给出整个虚拟海面红外场景的框架与流程,然后利用上述的相关技术分别给出了本文所研究的内容。仿真结果包括海面波动在风速影响下的各种状态,预先利用大气传输特性计算软件MODTRAN生成中波3~5μm、长波8~12μm波段的太阳辐射纹理、大气效应纹理等,添加各种大气效应的海面场景,强光源在海面反射形成的亮带,爆炸水柱等,最后对仿真结果进行分析,验证了场景中使用的各方法的可行性与有效性。