使用计算机模拟各种自然现象,在计算机游戏、电影特效以及视景仿真领域中越来越流行。先前方法大多侧重于模糊态势的飘雪建模,真实性和实时性不能满足场景渲染需求。雪花作为飘雪场景的主体因素,形态多样性、运动无规律性以及受环境因素影响大的特点,决定形态建模十分困难。积雪建模绘制,也没有考虑到外界环境对地表积雪实时交互的影响。为此,本文着重从以下几方面进行研究和探讨。首先,分析国内外现有的较完善的雪场景建模与绘制理论、算法及应用范围。针对雪花形态多样性特点,采用扩散凝聚限制模型模拟了雪花枝端各异性动态生长。基于分形与粒子系统的三维凝聚核构建,改善粒子系统纹理映射技术层次感差问题,同时提出类衰减函数简化雪花的运动方程。其次,针对粒子系统不规则建模的随机性,基于粒子群优化技术的应用,求解空间全局和局部最优值,优化雪花粒子的飘落轨迹。同时为了便于求解方程对粒子源的布局进行调整,实现三维场景的飘雪渲染。再次,为了更真实的模拟雪场景与外界环境交互建模,分析影响地表积雪的外界主要因素,并根据实际情况对传统积雪仅受温度影响的经验公式进行改进,提出了基于不同温度变化与地表类型的积雪-融雪交互模型,改善地表净积雪量的计算。同时采用动态网格模型作为数据结构,基于GPU加速绘制积雪场景。最后,设计并实现雪场景的模拟系统,对所提出的飘雪形态建模和积雪场景真实感交互绘制算法有效性进行验证,并应用于国家863空天项目。本文是对雪场景的真实感形态建模和系统实时性绘制的一次有意义的研究和探索。