水运仪象台是我国宋代发明的一件世界最早的水利天文仪器,是古代蓬勃发展的科技文化的代表。它内部结构精细,在我国古代机械与天文研究中具有极高的地位。目前水运仪象台复原件仅在极少地区得以展示,但内部仍无法让游客参观。近年来对于水运仪象台复原的研究虽有所增多,但其数量较其他古代文物研究相比仍较少,水运仪象台的历史地位与科技知识亟需通过数字化的形式普及给广大群众。本文以水运仪象台的数字化复现作为主要研究对象,还原其运行原理,并结合虚拟现实技术,设计制作了水运仪象台虚拟仿真系统,旨在使更多人更好地体验与了解我国宋代的这一伟大的科技文化成果。为了增加用户体验的真实感、浏览的流畅度,本文对系统进行了优化,包括模型、水流、视频交互以及使用遮挡剔除算法对系统运行帧率及性能进行提升。本文具体介绍了水运仪象台的内部结构和元件间传动原理、虚拟现实及遮挡剔除算法的发展与现状以及对于水运仪象台的数字化与虚拟现实技术结合的研究意义,具体研究内容与成果如下:利用文献研究法对水运仪象台的历史地位、内部结构与运行方式进行总结归纳,收集古文物数字化保护资料,探索目前水运仪象台在数字化方面的不足之处,确定本文工作内容。利用Pi XYZ、Obi Fluid等插件优化系统的多种功能,并对遮挡剔除算法的原理和优化算法进行详细介绍,分析规划遮挡剔除在本系统中应用的逻辑与步骤,完成对比实验验证优化成果。通过前期调研完善系统需求与功能设计。以增加系统的科普性为目标,在交互方面实现了语音讲解、传动视频交互、空间切换等功能,满足用户了解水运仪象台的结构与传动原理的需求。通过在系统中进行漫游,满足用户无法实地参观水运仪象台复原件的需求。通过虚拟现实技术与多种优化技术实现良好的用户体验。基于本系统的科普性与沉浸式体验进行了可用性度量与用户体验测试分析。可用性度量从用户学习效率与可用性测试两个方面进行评估,用户体验测试包括了系统的几种功能与交互方式的评估。对测试结果统计分析,整理本系统的优点与不足,分析本系统复原成果并设定未来改进的目标。