真实感自然景物的实时建模与绘制一直是计算机图形学研究的热点之一,而烟雾模拟由于其复杂多变的特性成为了最具有挑战性的课题。它在影视特效、军事仿真、电脑游戏等领域都有非常广泛的应用。近年来,随着计算机图形图像技术的发展和进步,人们对烟雾模拟的真实感和实时性要求越来越高,传统粒子系统和纹理映射的方法难以满足人们的要求,而基于物理的烟雾模型计算量大、难以实时模拟。针对影响烟雾模拟实时性的因素,着重从以下几方面进行深入研究。首先,针对粒子系统模拟烟雾的实时性特点以及物理模型的真实感优点,提出了一种全新的粒子系统与物理模型相结合的方法——适当减少粒子系统生成的粒子数量,用低精度的粒子系统描述烟雾的大致运动轨迹,降低计算机的处理时间,将三维空间中的烟雾粒子投射到平行于视平面的一系列二维平面上,并作为物理模型的烟源,利用MacCormack方法求解欧拉方程,再现烟雾的高精度细节,增强模拟的真实感。其次,针对大规模虚拟场景中烟雾模拟的实时性要求,提出了视点驱动的烟雾绘制方法。首先建立视点与烟雾模型的距离函数,根据这个函数值将体数据根据一定的投射方法投射到一系列二维平面上,并判断烟雾模型是否处于观察敏感区域,若是,则利用可编程硬件快速将烟雾的湍流细节补充到烟雾中,否则直接利用面向视点的烟雾渲染方法绘制烟雾。该方法尤其适用于巨大而且复杂的虚拟场景,减少不必要的绘制步骤和计算时间,以提高绘制的实时性。最后,利用VC++语言、开放性图形接口OpenGL以及可编程图形硬件语言Cg在Windows平台上,实现了烟雾建模与绘制系统,对改进的烟雾建模及绘制算法进行实验验证。