未来战争是核威胁下的信息化战争,对可能发生的核打击以及核打击可能造成的影响范围的模拟与表现是三维数字化战场环境中的重要组成部分。由于缺乏必要的实验数据和实验条件,目前尚没有成熟的核扩散物理模型,通常都是在大气扩散模型的基础上展开研究。本文围绕三维战场环境中核扩散范围的表现问题展开研究,旨在通过相对合理的模拟表现手段,为作战指挥人员制定应急预案提供一种快速直观的辅助信息支持。本文主要工作包括以下几个方面:分析比较现有的大气扩散模型,结合核素扩散和三维数字化战场环境的特点,以RODOS系统中核扩散版RIMPUFF模型为基础,简化风场、放射性核素衰变、干沉积影响因子,并考虑到实际复杂的地形环境,特别是山体,对核素扩散的阻挡作用,借鉴大气扩散模型AERMOD模型处理山体地形的方法,对RIMPUFF模型做进步改进,得到适用于三维战场环境中核素扩散特性的物理模型。为了克服物理模型计算量大对绘制效率的影响,根据核素扩散的特点,提出了边缘网格细分四叉树算法,在保证二维核扩散范围边缘连续的前提下,尽可能降低二维表现几何模型的复杂度,同时采用从外向内的逐步逼近算法,以避免由于个别误差点而出现的绘制空洞。为了更加直观地表现地形环境对核素扩散的影响,设计并实现了核素扩散三维表现模型并通过GPU加速实现了快速体绘制。首先利用GPU通用计算能力,通过设计合理的片段处理流程,加速了体数据的计算过程。然后,基于光线投射法,采用层次包围盒法来修正投射光线重采样的起止点,并设计采用光线提前终止条件来减少重采样点数量,并通过GPU加速核素扩散范围的三维几何绘制过程。设计并实现了三维数字化战场中的核素扩散原型系统—ENDSys。系统分别从二维和三维两个角度直观表现了核素的动态扩散范围及过程过程,验证了本文算法的正确性和有效性,该原型系统的部分成果在相关项目中得到了应用。