题目：大规模地形及动态海面效果绘制的研究与实现

自然场景的模拟一直是计算机图形学领域和虚拟现实领域的研究热点和难点。它在计算机动画、电脑游戏、影视特技、军事仿真、建筑景观设计、虚拟现实等领域都有非常广泛的应用。随着计算机图形学的发展和应用需求的不断扩大，对自然场景的实时模拟规模要求越来越大，往往超过计算机图形设备能够直接处理的范围。因此，如何寻找新的方法来处理大规模自然场景的模拟成为了现今研究的热点问题。同时，如何处理不同特性自然景物之间的关系及其表示方法，特别是地形与海面这类不同状态、不同光照模型的自然景物之间的关系，是研究中的难点问题。本文以国家十一五863课题“支持移动终端的多人协同虚拟环境及开发工具研究”作为背景，对大规模地形、海面两种自然景物的组织方法和实时绘制方法进行了研究。在大规模地形组织绘制方法方面，本文根据地形数据源的组织特点和目前主流显示硬件的绘制能力和特点，以Geometry Clipmap为基本框架对大规模地形进行组织及绘制加速，并提出了一种由二维逻辑顶点矩阵到一位顶点数组的自适应映射公式，进而对其中的更新算法进行了改进，进一步提高了该方法的效率。最终实现了效果较好的实时地形漫游系统。在大规模海面模拟方面，采用Perlin噪声生成基础海面，并根据计算机体系结构及计算能力的特点，使用对图形硬件编程的方法解决了海面表述顶点的动态计算耗时的问题，将Geometry Clipmap框架用于动态海面的实时模拟中。同时使用立方体环境映射的方法完成了海面反射效果的模拟。在处理地形与海面之间的关系方面，利用齐次坐标系中的投影放缩向量，对Geometry Clipmap进行了多属性扩充，提出了一种能够同时组织以上两种自然景物的数据的数据结构。在绘制过程中，使用对可编程图形硬件进行操作的方式处理了两种不同物理属性景物绘制及其颜色计算方法的差异，在实践中得到了较好的效果。最后，将本文的方法集成到实验室开发的绘制引擎当中，付诸于实际应用。