随着GPU软硬件技术的快速发展,在大范围的海洋虚拟环境中实现实时稳定的高真实感水面、水体绘制已成为可能。本文对海面、水下环境和浅滩的实时真实感模拟绘制算法进行了较全面的研究,并完成了算法实现和系统集成。在海面绘制方面,本文设计并实现了可适用于全球球体系统的一整套绘制方案。采用Clipmap和局部化技术来高效地构建海面有效网格顶点,通过基于统计波模型的FFT算法来模拟水波,采用基于物理的BRDF模型使海面有更逼真的光照效果,在此基础上实现了多种海面实时真实感绘制效果,包括反射、折射、菲涅尔现象、浪花泡沫等。本文反射与折射效果的绘制采用基于图像空间的绘制方法来进一步提高绘制效率。在水下环境模拟绘制方面,本文详细阐述了水下场景光照效果的物理原理,并且在研究了多种相关技术的基础上,实现了实时的较逼真的水下环境模拟绘制,包括Caustics和Godray等。当海浪进入浅滩区域,由于受地形影响会产生波浪浅化、波浪反射折射等多种复杂的水面波动。本文在研究分析了多种海浪模拟数学模型的基础上,对浅滩的模拟绘制进行了探索和实现,其中包括波浪浅化、浪折射和白浪效果等。最后,本文将以上设计及实现的算法集成到实验室研发的三维电子海图系统中,取得良好的效果,增强了系统的真实感体验。