随着我国经济实力的迅速发展和综合国力的迅速提升,海洋的管理与监控越来越受到国家的关注。传统的纸质海洋地图、二维图形的海洋地图软件等工具已经不能满足海洋信息化快速发展的需求,能够高效、实时、逼真的模拟三维海洋环境,已经成为一种新的海洋信息化的表达趋势。OSG(OpenSceneGraph,开源场景图)是一个能够进行三维仿真的渲染引擎,它的海洋渲染模块OSG Ocean以插件的方式融入OSG引擎中,能够快速高效的模拟三维海洋环境,但在实现分辨率高的海洋环境时,渲染的海洋会出现帧率大幅度下降、实时性差等问题,且渲染的海洋天空场景不真实。本文的主要研究工作如下:首先,分析了快速傅里叶变换(FFT)算法并行执行的可行性,实现了三种GPU方法对该算法进行加速计算。在CUDA方法上,利用GPU的多线程模型和存储器层次结构的特点对FFT算法进行并行计算优化;在片段着色器方法上,采用了两块纹理缓存交换使用作为数据的输入输出、纹理与像素之间1:1的映射关系等方法,并使用渲染到纹理技术进行计算流程的优化,免去了复制帧缓存带来的时间消耗;当不能与OpenGL渲染管线很好的结合来满足计算任务时,利用计算着色器可以发挥出GPU的大规模密集计算能力,提升渲染速度。其次,对OSG的海洋渲染引擎进行GPU异构并行改进。论文先分析OSG Ocean海洋渲染引擎的组织框架和构建海洋表面的统计学模型,得到该系统每进行一帧的渲染,需要通过二维傅里叶变换计算海洋表面的高度场,且计算量具大,消耗时间较长,本文在Linux和嵌入式实时系统VxWorks环境下,使用GPU加速方法对海洋渲染引擎进行异构并行计算,加快海洋场景的渲染,满足系统要求的实时性。最后,在面对海洋天空场景不真实的问题上,实现了基于天空盒的方法构建海洋天空环境纹理,解决天空场景单一不真实的问题,然后采用了环境映射和Blinn-Phong光照模型两种方法与周边天气环境结合,提高海洋场景渲染的真实性。