近年来,虚拟现实软硬件技术快速发展,人们逐渐增大了对自然场景和现象的仿真兴趣。洪水、泥石流、溃坝等都是世界上非常严重的自然灾害,给人民生命和国家财产带来了巨大的威胁。通过虚拟现实技术对给定区域进行灾害仿真与险情预演,将对灾害防治与抢险救灾提供巨大的指导作用,具有重要的应用价值与研究意义。液固交互是这些场景中共同存在的现象,也是对其进行仿真的难点问题,尤其对于大规模场景的仿真。本文针对这一难题开展研究,把拉格朗日视角下的纳维-斯托克斯方程组(Navier-Stokes,N-S)作为基础,采用基于无网格的光滑粒子流体动力学和基于位置的刚体动力学方法,旨在设计一套统一粒子模型的液固交互仿真框架,具体内容如下:1)为了加快仿真效率,通过邻域粒子查找来优化基于无网格的光滑粒子流体动力学方法(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH),借助移动立方体算法(Marching Cubes,MC)抽取液体表面,实现了液体的仿真。2)为了实现更加稳定高效的液固交互仿真,通过对固体边界进行泊松盘采样,并结合自适应的密度修正算法对流体边界的粒子密度进行修正,构建了稳定的液固交互模型。3)为了产生更加真实的固体碎片,本文设计了一种新的预破碎方法。借助Voronoi图算法,结合bool运算,实现了基于Voronoi图算法对凹多面体的预破碎处理。在基于位置动力学(Position Based Dynamics,PBD)的基础上,实现了高效的固体碎片动力仿真。4)通过对南水北调中线工程跨沁河段水工建筑物的场景建模,借助本文设计的液固交互框架,对两组灾害场景进行仿真,取得了较好的模拟效果,并对结果数据进行分析。