基于物理学的流体(如烟、水、火)动画提供了计算机图形学中让人叹为观止的视觉效果，火是流体现象的一个典型代表，流体仿真可以实现高质量的火效果。本文选火为研究对象，重点研究火灾蔓延的实时模拟。　　 本文首先介绍了火灾场景模拟的研究意义、国内外研究状况及基本的理论和研究方法。然后，介绍了火焰模拟的常用方法及其技术特点。接下来，本文围绕火灾蔓延场景的真实感建模与绘制展开深入研究。　　 本文主要贡献在于以下工作：　　 (1)针对火焰的计算机模拟难以实现真实感和实时性的问题，提出了一种基于物理模型与图形处理器(GPU)通用计算相结合的火焰模拟方法。首先采用半拉格朗日法求解流体方程；然后，运用基于3D纹理的体绘制对火焰进行三维渲染；接着，根据光照和密度场将光谱转换成颜色分布来模拟火焰颜色，并在GPU上加速实现，使得真实感和实时性之间达到了平衡。　　 (2)根据火灾蔓延机理，提出了一种基于流体模型的火灾蔓延实时模拟方法。首先，运用执行两个中间拉格朗日平流步骤的MacCormack模式求解流体运动方程；然后，引入自由滑动边界条件处理火与动态固体障碍物的交互，并采用“内-外”纹理结构和“障碍物速度”纹理结构体素化动态固体障碍物；最后，通过改进体积光线投射算法来渲染火灾场景并使用了GPU技术，实现了火灾蔓延的实时模拟。　　 (3)将火灾蔓延模型应用于虚拟地铁站三维环境中，模拟了地铁站内的火灾现象，初步实现了地铁站火灾模拟系统。