虚拟现实技术用于将科学成果等采用可视化的方式展现给公众。船舶的倾覆运动仿真也是采用虚拟现实技术将翻船的过程以三维可视化的方式呈现。那么,如何平衡好真实感与实时性就显的尤为重要。本文从三个方面重点研究船舶在随机风浪作用下的倾覆仿真,即随机风场和海浪的同步模拟算法、船舶在横摇运动下恢复力臂计算模型和实现船舶倾覆模型的三维可视化仿真。力求能以较高的分辨率模拟船舶在外力作用下,发生横摇运动直至倾覆的全过程。为实现此目标,主要进行了以下研究:首先,针对现有方法对随机风和海浪的同步模拟存在的周期性问题,提出了一种改进的随机风场和海浪的同频叠加模拟算法。该方法在选取频率区间时,将随机风与海浪同时考虑,忽略低频与高频,集中选取风谱与海浪谱的同频部分。为得到具有随机性的风和海浪模拟结果,在选取离散点时,采用两次随机过程选取离散区间与离散点,从而使算法输出具有随机性与准确性的模拟结果。其次,为了精确计算船舶发生倾覆的时间问题,本文提出一种改进的恢复力臂计算模型。该模型首次将时间与侧倾角引入恢复力臂的计算,使恢复力臂值随时间与侧倾角变化。新的计算模型可以大幅度提高力臂的精确度。最后,通过对船舶在海面上的受力分析,基于改进的随机风浪通频模拟算法与改进的恢复力臂计算模型提出一种随机风浪作用下的船舶倾覆模型。在两种改进算法优势结合下,倾覆模型更快更加精确的计算船体受力,力求在较高的真实感与良好的实时性完成船体的非线性横摇运动直至倾覆的三维可视化仿真。