全球海洋油气资源十分丰富，约占全球石油资源总量的34%。随着世界经济的发展，能源需求不断增加，对海洋石油资源的勘探开发呈现出较快增长的趋势。伴随着海洋油气资源的勘探开发和海运的迅速发展，井喷与船舶漏油事故更加频繁，造成了巨大的环境破坏和经济损失。近期的几起重大溢油事件如墨西哥湾溢油、渤海湾溢油等，使得石油污染问题成为各个领域关注的焦点。目前国内外海上溢油可视化的相关研究，大多倾向于二维，三维可视化方面仍存在着物理模型不完善、模拟效果差及功能缺失等问题。本课题旨在实验室自主研发的三维海陆一体化平台基础上，建立一个具有高度沉浸感的3D溢油应急处理交互环境，并重点对以下方面进行研究：1、综合分析当前知名的溢油数值模拟研究成果，推导出一种能够较好地反映复杂环境条件下溢油的运动规律，并且适合计算机图形学实现的完善的溢油离散化运动公式。2、结合“油粒子”模型和粒子系统关键技术进行溢油实时动态可视化实现，利用GPU图形渲染管线编程实现了粒子间及其与水环境间的混合特效。3、分析对比了几种当前广泛使用的3D渲染引擎，并指出传统的OpenGL固定渲染流水线的渲染方式的不足，最后选取了基于可编程流水线的WildMagic渲染引擎进行溢油可视化的渲染绘制。4、研究实现了海上溢油交互式围栏布控功能，为海事与环保部门实时提供围栏、捕捞等最佳处理预案。选取开源ColDet库进行围栏布控的碰撞检测研发，解决了大规模油粒子实时绘制时碰撞检测效率低下的问题。5、实现溢油事件和围栏方案的保存和加载、溢油动画控制、罗盘和鹰眼显示等交互功能。本文通过以上方面的研究，建立一套完整的三维溢油实时动态可视化与应急处理机制，弥补当前三维方面研究的不足。实验测试表明，系统能较为真实地模拟海上漏油及其应急处理过程，并具有较高的渲染效率，能够满足实时性和交互性的各项要求。本文的研究为海上溢油事故处理提供了一个全新的解决思路，并为类似的海上漂浮物（如海洋垃圾、浒苔等）的漂移扩散模拟、应急方案制定等提供了技术可行性，具有长远的现实意义。