自然景物的计算机模拟一直是计算机图形学应用的重要课题之一,在景观设计、动画制作和虚拟现实等领域有着广泛的用途。自然界中的海浪、云和火焰等是我们最常见的自然景观,但是由于海浪、云彩和火焰是十分复杂的自然现象,它们无论在时间上还是空间上都具有随机性和不规则性,使用传统的几何方法很难准确的描述。分形图形学是一门描绘自然景物的科学,它利用自然景物本身具有的特点,通过多种分形造型方法对自然景物进行描述。本课题是以分形理论为基础,通过分析海浪、云和火焰的具体形态特征,使用分形理论中的分形布朗运动和粒子系统方法实现三维海浪、云和火焰的建模。根据海浪的自然形态特征,构造了基于FBM随机中点位移方法的三维静止海浪算法。结合风力对海浪运动形态的影响给出了三维运动海浪的几何模型,通过提出的一种动态多重不均匀插值的方法减少了海浪跳变现象,并构造了运动海浪的实现算法。根据云的静态特征,构造了基于FBM随机中点位移方法的三维静止云算法。通过添加扰动函数实现云内部的运动特征,并结合风力对云运动形态影响给出了三维运动云的几何模型,并构造了运动云的实现算法。根据火焰的运动形态特征采用粒子系统描述火焰的运动效果。结合风力和空气浮力对火焰运动形态的影响给出了基于粒子系统的火焰运动模拟的算法,并使用了随机生成的数值初始化粒子的某些属性。实现了火焰运动效果的计算机模拟。并以Windows XP为平台,采用Microsoft Visual C++ 6.0为编程工具,使用OpenGL开放图形库为3D图形建模库的开发环境下实现了三维海浪、云和火焰的计算机模拟。