三维云的仿真在近十几年得到了快速的发展。三维云仿真的应用领域非常广泛,在气象仿真中天气变化的研究,尤其是在遇到极端天气的情况下,三维云的仿真对气象学的研究有着极其重要的作用;在军事仿真领域中模仿空中战场场景中,更是不能不考虑云的模拟;在游戏领域中,三维云的仿真同样也起着重要的作用。正是云在仿真领域中有着如此重要的作用,使得三维云的仿真的研究也成为当前图形学中的一个热点。本文以气象局与我校的合作项目为背景,研究了基于气象数据和不同视角需求下三维云的实时渲染的几个关键算法,本文主要研究内容如下:(1)基于粒子系统的三维云绘制算法。使用粒子系统绘制三维云是历史最为悠久的一种方法。这种方法绘制的三维云拥有较好的显示效果,尤其在GPU性能不足的时候,这种方法是最高效的方法。该算法的使用到的一个主要技术是点精灵,点精灵负责绘制云粒子。(2)基于Billboard的三维云绘制算法。该方法是在本项目中目标开发平台Unigine仿真引擎中已经实现的一种技术。本文将简要介绍其实现原理,并将这种方法与其它绘制方法进行对比。(3)基于体绘制算法的三维云绘制算法。使用体绘制算法绘制三维云的研究是本文中的一个重点。体绘制算法的计算量较大,但是由于在三维云的体数据中各个体素之间没有数据关联,并且当前的体绘制算法支持GPU加速,可以使用GPU加速来解决计算量大的问题。在本论文中使用OpenGL4.X中发布的新特性计算着色器对算法进行加速。计算着色器的使用方法与其他着色器相似都是用GLSL着色器语言进行编写。