云的真实性仿真是计算机仿真领域的重要课题之一,其中在红外空中场景中对云进行实时仿真更是对军事领域有重要意义。但是,云中粒子的密度、温度、物态等都进行着复杂的运动变化,这要求仿真模型必须能够对云进行精确地描述和高效的计算。精确地描述云的变化需要针对两个方面,云的三维物理模型和真实光照模型。高效的计算意味着要保证云的仿真过程实时的,这样仿真结果才能支持控制和交互。本文针对上述问题,通过流体动力学建模和多重散射简化模型对积云进行建模,并通过图形渲染设备加速计算,最终完成对积云的仿真研究。本文首先采用流体动力学对积云进行三维建模,在纳维-斯托克斯方程的基础上,将积云的三维仿真区域划分为均匀的网格,计算网格中存在的水汽输送、相变特征等过程,得到云的液滴密度、水汽密度、温度等特征的分布,结果保存在一张三维纹理中。过程中的复杂计算通过底层渲染工具支持的计算着色器进行分步计算,利用图形处理器的并行计算能力提高计算效率。计算结果在片段着色器中通过光线投射算法进行体绘制,从而实现三维渲染。其次,本文通过多重散射简化模型,对积云的可见光模型中存在的光照现象进行分类并计算。在确定散射相函数和基础散射理论后,分别给出透射、一次散射、二次散射和多次散射的计算过程。计算过程通过预先设计的光线积分路径嵌入到体绘制过程中,在仿真过程中对云的光照进行实时渲染。最后,本文通过云的红外仿真理论对云的可见光光照模型进行修正,设计自发辐射在不同波段下的计算过程和仿真方案,得到积云红外光照模型。并且,对于网格化仿真方法难以实现穿云交互效果的问题,提供一个可行的仿真方案。在每一章之后,本文依次展示各个模型的时域和空域仿真结果,并对此进行分析。