虚拟现实技术是一项综合性高新信息技术,它融合了多种信息技术的最新发展成果,为人们创建和体验虚拟世界提供了强有力的支持,并广泛应用到各个领域,如景区景点宣传、商品与文物展示、飞行模拟、游戏、虚拟城市和军事演习等,其中自然环境虚拟是虚拟现实技术重要的应用领域,而动态水面场景是自然环境虚拟的一个重要组成部分。本研究是“湿地生态环境可视化”科学研究中的一个部分,主要内容是模拟出基于Google O3D的湖泊水域虚拟自然场景,包括动态湖面水波的模拟、局部反射效果的模拟、折射效果的模拟及树木特效的模拟,努力呈现出一个真实感较强的湖泊水域虚拟景。根据上述需求,本文在研究实现湖泊水域虚拟场景时,重点模拟了动态湖面水波的生成,以改进了的Perlin噪声生成高度场模拟水面,依靠噪声的平滑特性模拟湖面连续动荡变化的效果,利用顶点着色器和像素着色器(基于GPU的编程)强大的图形处理能力加速动态水面及树木特效的绘制,采用渲染到纹理技术,对部分场景再生成局部反射纹理及折射纹理,用顶点渲染器对水面网格顶点做顶点变换及生成局部反射纹理坐标和折射纹理坐标,在像素渲染器内对法向量计算光照,采用一维纹理(256×1)映射费涅尔系数(Fresnel Term),然后运用费涅尔系数对折射纹理颜色和反射纹理颜色进行调节,模拟了折射和反射的效果；同时利用局部反射的alpha通道对全局反射和前面融合的颜色进行调节,模拟了波光粼粼的湖面景象。对于岸上大量树木的模拟采用了实例化技术、广告板技术(Billboard)、替身(impostor)图技术,并采用了GPU硬件加速特效的生成,使得原本是大量真实三维模型的树木,变成以256x256像素的二维图片模拟且以视点不同而总是呈现外形或是不同侧面外形,达到了三维树木的效果,这极大的减少了场景数据量。通过实验,在普通PC平台上,采用Google O3DAPI开发了整个虚拟场景,比较真实地模拟了包含逼真实时动态水面场景的Web3D形式的湖泊水域自然场景。