核设施虚拟样机是使用计算机模拟真实核设施运行的虚拟仿真系统,可在相同时间里“试验”多种设计方案并进行各种危险性或破坏性实验,能够解决堆芯部件装配难以合理设计、堆芯事故演化过程难以客观评价的问题。反应堆堆芯部件间运动行为复杂,装配难度大,需在有限的空间内协调紧凑的空间关系以避免部件碰撞损伤,对动态碰撞检测的实时性与精确性提出了高要求；堆芯物理场数据源繁多,在事故工况下极其复杂,不仅维度高且数据量庞大,对大规模三维动态物理场的实时渲染带来了巨大挑战。本文对核设施虚拟样机动态仿真中的关键技术开展深入研究,提高了核设施虚拟样机动态仿真的真实感,并指导核设施装配的合理设计与堆芯演化过程的客观评价。主要创新点如下：(1)提出了一种基于分块包围盒与射线查询相耦合的实时精确动态碰撞检测方法。针对复杂模型分块创建多个包围盒,采用先包围盒碰撞检查定位到碰撞体大致位置,再射线碰撞检查定位到碰撞体几何模型三角面片的方法来逐级进行判断,第一级快速包围盒检查避免了未发生真实碰撞前过多无效面片级的精确计算,第二级精确射线查询碰撞检测保证了碰撞检测的精度,两级碰撞检测的联合实施解决了复杂核设施虚拟场景中动态碰撞检测实时性与精确性难以同时兼顾的问题,以中国铅基研究实验堆CLEAR-I大厅几何模型的虚拟场景对该方法进行了测试,在保证碰撞检测精度的同时速度提高了近30倍,指导了核设施几何模型的结构设计；(2)发展了一种大规模三维动态数据场的实时动态可视渲染方法。该方法运用粒子系统对三维动态数据场进行动态仿真,借助GPU的异步传输机制及连续时刻点数据场的纹理加载与插值策略实现了大规模动态数据场的实时传输,不仅节省了显存负荷,而且提高了传输的速度,同时联合CPU的多线程调度策略实现了多物理场的同步渲染,以单管例题对该方法进行了测试,平均渲染帧率超过24帧／秒,满足动态仿真实时性的要求,直观展示了三维动态数据场的变化规律；(3)基于核与辐射安全仿真系统SuperMC/RVIS2.3发展了面向核设施的装配仿真与事故仿真两大功能模块,完成了中国铅基研究实验堆CLEAR-I堆芯换料装配实时仿真与失热阱事故演化过程实时仿真,直观地展示了堆芯部件虚拟装配过程及失热阱事故下数据场的动态变化规律,指导了CLEAR-I堆芯换料装配的合理设计与堆芯事故演化过程的客观评价。