在计算机图形学领域中,研究学者们通过计算机再现真实世界,云作为真实世界中普遍存在的自然现象,在图形学领域中是一个非常重要的研究方向。实时体积云模拟的技术除了科学研究还广泛应用于大型3D游戏、电影和动画领域。目前传统的云模拟研究大多是侧重小规模云模拟,缺少大规模场景云模拟。同时光照效果研究中,计算大气真实光照视觉效果的工作较少。为了将上述二者工作友好的结合,对大规模体积云场景添加丰富多彩的光照细节,本文在大规模云建模的基础上,引入更加准确的大气光照模型,求解光在天空中的衰减与散射,再作用于云的光照模型计算中。首先,为了解决大规模场景中云模拟计算量过大难以满足实时性要求的问题,提出一种改进的噪声纹理建模方法,使用两种分辨率的Simplex噪声和Worley噪声的组合噪声进行云建模,同时引入Curl噪声增强云建模的细节以得到更好的云建模效果。为后续光照模型的构建奠定基础。然后,为了得到云的真实光照效果,求解光线从云中穿过发生的衰减与散射,其中使用大气中的Beer定律计算衰减,使用Henyey-Greenstein相位函数近似计算云中的Mie散射效果。为了解决固定光线行进距离造成的计算量增加以及渲染效果不佳的问题,通过有符号距离函数实现自适应改变行进距离,从而解决上述问题。最后,大规模场景体积云模拟相较于小规模场景体积云模拟还需进行天空和太阳、月亮的模拟,否则会严重影响真实性,为了解决这一问题,本文首先通过求解光线从大气中穿过发生的衰减和散射,衰减因子和Mie散射与Rayleigh散射求解光照效果,然后使用行星轨道参数精准计算太阳与月亮在天空中的位置,从而增强云与大气的光照效果的真实感。借助Unity 3D引擎和Unity Shader语言,设计并实现大规模场景体积云的实时模拟。