云朵是自然界各种景观中的一种重要组成部分,云的模拟是计算机图形学领域和气象学领域的热门研究课题。云模拟在真实场景的构建和影视动画仿真中起着重要的作用。在仿真场景中加入模拟的云图像,可以有效地改善虚拟场景的视觉效果,提高虚拟环境的真实感。针对当前云的模拟形态比较单一且渲染效果不够真实的问题,优化元胞自动机模型生成多形态动态云,并综合考虑光照、动态天空等因素完成云场景的真实感绘制。首先,结合自然界三维云的特性对元胞自动机原理进行深入研究,并将元胞自动机模型应用于自然云模型的构建。对元胞自动机模型进行优化,在元胞自动机模型的转换规则中引入概率集,并使用一组状态转移规则实现云的生成消散动态变化的模拟效果,使优化后的元胞自动机模型生成的云更符合自然界云的状态转移规律。其次,通过在模拟空间中设置椭球体及其参数对模拟的云的形态进行控制,以便生成多种形态的云。为了增加云模拟的细节,通过引入带有碰撞分析的风力函数,实现整体被风吹从而进行向左或向右移动的细节云效果,使得多形态云的动态模拟既具有真实性又不失速度性。然后,提出混合方式计算光效的方法,即采用优化的前向散射为主的多重散射光照模型和单重散射光照模型相结合的方式来改善云的光效渲染效果,提高了云模拟的计算效率。并考虑动态天空因素,增加太阳、月亮、恒星等多种天体的实时动态变化以展现不同时刻云场景的绘制效果,增强大规模云场景模拟的真实感。最后,利用Unity引擎平台,结合C#和Unity Shader语言进行渲染,设计多形态动态云真实感模拟系统,对本文算法进行实验验证,实现了不同形态动态云的模拟,并且可以自由调整光照效果。