随着计算机硬件的快速更新换代,尤其是可编程图形处理单元GPU的诞生,软件产业发生着翻天覆地的变化。这种变化尤其体现在目前的计算机图形学领域。其巨大的影响力不但深入到工程领域帮助改善人类的日常生活,而且开创或延伸了计算机科学的诸多研究领域,比如体绘制、光照模拟、群体动画、通用计算等。在计算机图形学领域,户外真实感场景渲染是举足轻重的一部分,也是体现图形学相关研究工作的精髓。户外场景中,云是大气环境中粉墨重彩的一笔,形态各异,颜色多姿多彩。它是天气样式与气候转变的指示媒介之一,也是影响天空飞行与军事作战等多方面的重要元素。然而,由于云表面的不确定性及边界的模糊性,再加上其形成的物理过程异常复杂,且形态会随时间不断发生改变,因此,其建模与绘制一直被视为计算机图形学中最富有挑战性的研究课题之一。三十多年来,各国研究人员在这个领域提出了许多新的尝试和开拓性的见解,同时在实践中就模拟效率、真实感体现等方面取得了长足的进步。云的真实感建模与绘制技术应用极为广泛,但其所涉及的学科知识及理论异常复杂和晦涩,目前已提出和实践的方法或多或少存在着不足与缺陷。为了满足现今各行各业对云的真实感模拟的需求,同时为了推动我国计算机图形学领域的发展,加强对云的真实感建模与绘制相关技术的研究和实现工作有着极其重要的研究价值和积极的实践意义。本文在第二章介绍了云的真实感模拟所涉及到的混沌原理、云物理学、飞行气象学、大气光学、大气动力学等等知识。在第三章中对三十多年来在云的真实感建模与绘制领域的各项研究成果做出了详细的介绍、归纳和总结。在第四章借鉴和研究前人的相关技术理论和实现算法,并加以总结改善来设计和实现一个三维云景建模与绘制的架构。具体采用基于耦合映像格子的建模方法得出云建模数据,在此基础上采用基于球谐函数的光照模型得出光线分布,最后采用基于GPU的分片体绘制方法绘制出三维云景。最后,本文对当前云的真实感模拟的发展进行了展望,提出了一些值得深入研究的方向。