沙尘暴是一种世界范围内多发性的强灾害性天气现象,危害人类的生存环境、影响经济和社会活动。基于物理的沙尘暴景象的参数化建模与绘制可以为沙尘暴灾害的预报、防治以及沙尘暴对环境造成的影响的评估提供帮助,具有重大的社会意义和经济价值。本文第1章介绍了沙尘暴场景的模拟的重要意义,回顾了气象学界和计算机图形学界的相关理论和技术的研究进展,并简要叙述本文的主要研究工作。本文第2章首先阐述沙尘暴形成的气象机制和流体模拟模型,并根据以上机制模型,加以合理简化,采用基于网格的欧拉流体模型,对沙尘暴动态景象的不同机制如：起沙、升流及与环境交互作用等分别进行建模。建立起参数化的沙尘暴场景建模方法,通过界面输入不同的物理气象参数,如气压、气温、沙尘粒主半径、沙尘粒密度、地表干燥度、场景类型等,来生成特定气象条件下的不同的沙尘暴景象。最后阐述沙尘暴模拟模型在GPU中的实现,给出模拟的流程。本文第3章提出了一种改进的沙尘暴景象的实时绘制算法。算法首先阐述体绘制和多散射机制,提出并实现了一种半角切片前向多散射的体绘制模型。该模型充分考虑了沙尘粒子与环境光的相互作用,大大简化了整体散射模型的计算量：提出了一种基于气象参数的沙尘暴景象能见度预测模型,并采用GPU技术进行加速,实现了不同类型、不同程度沙尘暴景象的实时绘制。最后的第4章,作者对本文的研究工作进行了总结,并提出了本课题有待进一步研究的关键技术及其发展方向。