在现实生活中烟雾是随处可见的,烟雾仿真可以应用在电影特效、电子游戏、广告等多个领域。但是,由于烟雾的外观不规则且具有快速变化的特点,烟雾仿真的研究一直是个难点问题,充满了挑战性。为实时展现烟雾良好的交互特性,本文主要做了两方面的研究,分别是虚实场景下的烟雾轨迹算法研究和烟雾与障碍物的交互算法研究。首先,为实现虚拟场景下控制烟雾运动的实验效果,在路径附近生成方向与路径相切的目标速度场,通过引入反馈控制技术,不断调整模拟的速度场使其与目标速度场相一致,实现烟雾沿着各种设定轨迹实时运动的效果;同时,通过体素化方法离散障碍物,将烟雾与障碍物通过双向耦合方程统一计算得到模拟值。其次,为进一步增强烟雾的交互性,基于Kinect的骨骼追踪原理实现在虚实场景下,通过手势识别控制烟雾使其任意轨迹运动或绘制简单的图案。当手的位置变化时,实时获取当前的各骨骼点坐标,传递给烟源后,对其施加外力驱动迫使烟雾沿着手势的方向运动,实现烟雾跟踪手势进行各种交互运动的模拟效果。再次,为更逼真展现实时可交互烟雾的细节,加强烟雾仿真的真实感和实时性,采用光线投射算法对烟雾进行渲染绘制;同时利用HLSL实现在GPU上的着色器编程,加速了渲染过程。通过创建多个线程的并行计算,有效地解决了N-S方程求解复杂,计算速度慢的问题,提高了仿真效率。最后,搭建Unity3D平台,结合C#和JavaScript语言编程,设计实时可交互的烟雾模拟系统,并验证本文提出的算法,同时将使用本文算法实现的烟雾效果与相关烟雾文献中的效果图在真实性和实时性两个方面进行对比。实验表明:采用本文的算法可实现在虚实场景中控制三维空间中的烟雾任意运动,并能够完成烟雾与障碍物的各种交互模拟。