三维火焰和水动画等的仿真,是当前计算机图形学领域中最具有挑战性的研究方向之一。在矿产开采中实现三维火灾场景和水灾场景的模拟对于矿场的建造、工作人员的培训、灾情预测和施救等都具有十分重大的现实意义。本文在认真分析和总结前人相关工作的基础上,通过对真实场景的观察,以真实感和实时性为目标,实现了在三维巷道中的火灾和水害的仿真。本文主要对采矿业所面临的灾害情况进行了研究,并且实现了对火灾和水害的模拟,提出了独特的三维火焰粒子模型—三棱锥模型,采用这种模型表现的火焰,减少了计算量,消灭了视觉盲点,提高了系统的实时性。考虑火焰受风力影响而产生紊乱的运动,建立了风场模型,从而使火焰粒子的运动更加灵活,增加了火焰效果的真实感。为了更真实的模拟火焰,采用纹理映射和混合技术相结合的方法来绘制粒子。纹理映射表现了粒子的不规则形状,混合技术表现了火焰的色彩变化特征。碰撞检测是火灾仿真中不可缺少的重要组成部分,本文考虑到火焰的非实体特性,根据空气动力学的原理,解决了火焰与巷道壁碰撞的问题。本文为了便于管理和提高系统的绘制效率,根据巷道的实际情况,提出了三系统方法:水源系统、流水系统和积水系统。水源系统解决了水灾的发生和水的来源问题,主要采用粒子系统理论技术实现;流水系统采用系统管理的方法,统一管理水流,优化了水流流动算法;积水系统根据流体动力学理论,采用切片增量的方法计算巷道体积,生动真实的再现了积水域的蔓延和上涨。实验证明,本文所实现的火灾和水害的仿真效果形象逼真,并且在普通PC机上能很好地满足实时性的要求。