Simulace oceánských vln v reálném čase pomocí FFT na GPU

Abstract

This thesis presents a real-time simulation system for ocean waves using Tessendorf's frequency-domain approach implemented via the Fast Fourier Transform (FFT) on the GPU. Unlike traditional methods and implementations limited to single-spectrum models or small viewing areas, this work supports modular wave spectra, including Phillips and TMA models, as well as directional spreading functions. The implementation emphasizes both visual realism and performance, achieving interactive frame rates across various resolutions. A real-time texture synthesis technique is integrated based on stochastic tiling with spectral variance preservation to mitigate the visible periodicity common in FFT-generated tiles. The system features interactive controls for simulation parame- ters, spectrum visualization, and foam generation, providing an extensible framework for virtual environments and games.

Tato diplomová práce představuje systém pro simulaci oceánských vln v reálném čase, který využívá frekvenční metodu podle Tessendorfa implementovanou pomocí rychlé Fou- rierovy transformace (FFT) na grafické kartě (GPU). Na rozdíl od tradičních metod a implementancí, které jsou omezené na jeden spektrální model nebo malé zobrazovací oblasti, tento systém podporuje modulární spektra vln včetně modelů Phillips, TMA a různé funkce propagací vln. Implementace klade důraz na vizuální realističnost i vý- konnost, přičemž dosahuje interaktivních rychlostí při různých rozlišeních. Pro omezení viditelné periodičnosti, která je běžná u dlaždic generovaných pomocí FFT, je integrována technika syntézy textur v reálném čase založená na stochastickém skládání s uchováním frekvečního spektra. Systém dále nabízí interaktivní ovládání simulačních parametrů, vizualizaci spektra a generování pěny, čímž poskytuje rozšiřitelný rámec pro virtuální prostředí a herní aplikace.