● 摘要
视景仿真系统是一种基于计算机成像技术的沉浸式仿真环境，现已广泛应用于飞行模拟、军事演练及互动娱乐中。作为各类模拟器中最重要的视觉反馈手段，视景系统复现座舱外部的真实环境，其沉浸感直接关系着训练效果。视景系统沉浸感的关键因素在于绘制的真实感和实时性，而目前大范围复杂场景仿真中，这两者始终存在着矛盾。因此对视景系统真实感绘制关键技术进行研究具有很高的实用价值。
在大规模海洋环境视景仿真的背景下，本文对数字化模型生成算法、场景更新与细节层次管理策略和光照及场景特效模型三项关键技术进行研究，提出了算法设计方案并完成了仿真系统搭建，主要开展的工作有以下几项：
（1） 设计实现了GPU端海水高度场更新模型。详细分析对比了基于统计学模型和基于物理模型的高度场生成算法，研究实现了基于海浪谱的高度场、水平偏移场数据的实时更新，并建立了GPU端的高效存储结构。
（2） 设计了网格管理和法线数据计算策略。在详细分析细节层次算法的基础上，提出了一种基于视锥的具有连续细节层次属性的自适应网格生成算法。使用调节过的视锥体确定网格边界，采用带水平距离权的线性插值计算顶点坐标，进而执行偏移场映射更新整个网格，并结合偏移场空间差分并与静态噪声融合方式计算法线数据。
（3） 构建了真实感场景光照着色和实时景深模型。采用结合环境贴图展开和局部着色算法对场景进行逼真绘制，基于渲染到纹理方式解决了海面与地形结合部分过渡问题，并基于图像后处理算法实现了大范围场景的实时景深特效。
（4） 提出了一个基于CUDA的大范围海水仿真框架。利用GPU对上述算法进行并行加速，实现了CPU-GPU协同的大范围海面实时更新，在此基础上，本文搭建了模块化的视景仿真软件系统。
实验结果表明本文的算法能够有效提高虚拟场景帧速率，并获得了逼真的场景渲染效果，能够满足海洋环境下大场景视景系统的实时性和真实感需求。