Simulação visual em tempo real de ondas oceânicas utilizando a GPU

Modeling natural phenomena is one of the most challenging tasks in computer graphic. The ocean wave simulation is included in this challenge. With the GPU graphical processing, it is possible to use advanced rendering techniques with great realism in real-time applications. This work initiates the research field in modeling and rendering of natural phenomena at Computing Institute of UFF in the area of Visual Computation and Interface. This dissertation simulates the ocean wave behavior processing all geometric computation and rendering in GPU. The shape is defined by Gerstner´s equation where the water particles movement is simulated. It is possible to consider the representation as in deep water as in shallow water. The method also simulates the breaking waves near the shore and the topology deep sea influence in it called wave refraction, changing its geometric properties adequately. The rendering implemented in this work uses combinations of advanced real-time rendering techniques from tangent-space reflective bump mapping and environment mapping to Fresnel reflection and HDR. As illustrated by examples of results, this technique creates a very realistic waves animation and adjusted scenario.A modelagem de fenômenos naturais é umas das tarefas mais desafiadoras da computação gráfica. Dentro deste desafio está a simulação das ondas oceânicas. Com o processamento gráfico da GPU, é possível utilizar técnicas avançadas de rendering em aplicações em tempo real com grande realismo. Este trabalho inicia uma linha de pesquisa de modelagem e renderização de fenômenos naturais em tempo real na área de Computação Visual e Interfaces da pósgraduação em computação do Instituto de Computação da UFF. Esta dissertação busca simular o comportamento das ondas oceânicas processando todo cálculo geométrico e renderização na GPU. A forma da onda é definida pela equação de Gerstner onde são simulados os movimentos das partículas de água. É possível considerar a representação tanto em águas profundas quanto em águas rasas. A modelagem também simula como as ondas se quebram ao aproximar-se da costa e como sofrem influência da topologia do fundo do mar (refração de ondas), alterando adequadamente suas propriedades geométricas. A renderização implementada usa uma combinação de técnicas avançadas de renderização em tempo real utilizando a GPU que vão da reflexão por bump mapping no espaço da tangente e environment map a reflexão de Fresnel e HDR. Como mostrado nos exemplos deste trabalho estas técnicas criam uma visualização da cena bem realista e bastante adequada. Palavras-chave GPU, rendering em tempo real, ondas oceânicas, água, ondas que se quebram, fenômenos naturais, programação de vértice e fragmento, shader