由于极地海洋内含有大量自然资源,具有重要的经济,军事价值,因此极区对于我国具有重要的战略意义。高精度,高可靠性的极区航行设备是必不可少的,其中潜航器对于极区的环境探索和资源开采具有重要意义,故潜航器极区航行的安全性,稳定性成为重中之重。但由于极区环境存在很多影响航行安全的因素,包括海冰,地磁,低温等。实船进入极区进行装备验证存在限制,继而人员的操作训练也无法实施。针对这一需求,论文采取设计虚拟潜航器极区仿真训练平台的方式在中低纬区实现极区设备的装备验证并完成人员的操作训练,主要的研究工作如下:首先,为了模拟极区的真实环境,基于极区海洋环境数据在虚幻引擎4（Unreal Engine4,论文后续采用UE4代替）上设计构建极区海洋环境数字孪生模型,对极区海浪进行了模拟,提出了基于8Gerstner波的海浪模拟仿真方法,解决了传统海浪模拟逼真度不高的问题;在海浪蓝图中增加了U,V参数通道并添加了上层海浪瓦片,抑制了由于额外法线偏移的非线性变化所造成的海浪失真现象;基于SRTM15+和多波束数据生成极区的海底地形,采用滤波与插值的方式抑制了由于地形数据分辨率与精度不足所导致的地形失真;通过改进像素点照明和增加几何体细节法线的方式丰富了极区的地形细节;分析了极区地形、海冰、地磁等环境特性。其次,为了降低极区地形数据加载时对于系统内存和硬件的负担,论文针对地形数据进行了基于Huffman算法的压缩;论文设计了一种基于Delaunay算法的地形动态生成算法,在传统Delaunay算法的基础上增加了三角临近表,使用了多进程执行,相较于传统地形生成方法,地形的生成速度提高了16.1%;为了进一步减少数据加载时内存的占用率,设计了一种基于动态关卡流送的地形分块加载算法,进一步减少了内存占用,相较于传统的加载方式,对于内存的占用减少了45.2%。第三,传统的洋流模拟多采用二阶马尔可夫过程来替代,洋流对于潜航器的运动干扰不准确,为了进一步提高极区模拟海洋环境的真实性,本文利用FVCOM海洋数值模型作为洋流的初始输入,设计了一种基于EM算法的极区高精度洋流模型构建算法,实现了洋流方向的动态切换;针对极区海冰实现了海冰的三维可视化。最后,在不施加控制的情况下,在常规海况下,潜航器的姿态受海浪,洋流干扰,姿态的突变不足以满足航行需求,本文设计了基于LOS算法的潜航器姿态控制算法,抑制了潜航器姿态的突变,最大降低了89.1%的姿态突变,为了提高潜航器模拟操控系统的沉浸性,真实性,在UE4中设计了虚拟潜航器的人机交互系统,包括潜航器的用户界面,多重观察角度,全自由度观察模式;最后为了验证潜航器仿真训练平台的置信度,在多重海况下进行了潜航器的视景仿真,并完成了半实物平台的设计与构建。经过仿真验证的对比,证实了虚拟潜航器仿真训练平台的可用性。