随着计算机图形学的发展,基于物理的模拟方法绘制流体动画在电影特效和交互式应用中日趋普遍。这些仿真动画在丰富其场景制作元素的同时,也给人以震撼的视觉享受,并产生了巨大的科研价值与商业价值。目前,流体的交互式仿真模拟研究大多是追求其逼真的渲染效果,以便应用于影视特效,但这些场景模拟动辄就需要几十万甚至上百万的粒子参与,并且还要重构流体表面网格来进行渲染,代价高昂且不实时。为了进行流体仿真的实时渲染,提高流体动画的应用潜力,本文在以往流体粒子与流体网格模拟方法的基础上,简化其渲染步骤并优化了物理仿真过程,极大提高了模拟的实时性;另外,引入更为精确的光照渲染模型来展现出流体动画丰富多彩的视觉效果。首先,针对不同的流体模拟场景采用不同的模拟方法。流体粒子方法(SPH)适用于模拟像是溪流这样可在场景中任意流动的流体,流体网格方法(求解波动方程)适用于模拟像是水池这样固定流体运动范围的场景,也可以耦合这两类方法来迎合模拟需求。合适的模拟方法能够极大提高流体仿真的效率,为后续流体动画的实时渲染奠定基础。其次,每一种流体模拟方法都有其限制仿真效率的瓶颈。为了进行流体动画的实时渲染,针对粒子模拟方法中提取流体表面渲染信息复杂的问题,提出一种基于屏幕空间流体渲染的改进方法,避免了渲染过程中极其复杂的信息提取计算,加快了流体仿真速度;针对网格方法中求解波动方程过程繁琐且数据计算量大的问题,使用近似求导来优化仿真计算过程,从而提升仿真效率。最后,借助Unity3D引擎和Unity Shader着色器语言,构建流体渲染的光照模型,考虑其复杂的光学特性,流体的反射、折射现象,光线的吸收与衰减。使其不仅能够进行真实感流体动画的渲染,还能够渲染卡通等艺术风格的流体动画,极大丰富流体动画仿真的视觉效果。本文设计并实现了小规模流体动画仿真的模拟实验,实验结果与数据表明,采用本文的渲染方法,在实时仿真的前提下,既保证了流体动画渲染的真实感,又丰富了其视觉效果,能够满足各类虚拟应用的需求。