随着计算机图形学、物理仿真、虚拟现实、虚拟地理环境等领域的飞速发展，现代三维地理信息系统对真实世界中物理现象的模拟仿真需求也越来越强烈，例如自然现象模拟、地理环境模拟、灾害模拟、城市模拟等，所以现代三维地理信息系统强调更加真实的还原现实世界。传统地理信息系统已具备一定的模拟功能，但其实现过程往往是基于室外观测数据、室内数值分析进行数学模拟的，所以其表现形式单一、缺乏连续的过程模拟、普适性较低以及缺乏交互性。本课题以流体模拟为重点研究对象，探索适用于大尺度三维地理信息系统中的流体物理模型，在一定程度上改善了纯粹利用数学模型进行模拟的弊端。同时，该课题对现有模型进行了改进和简化、优化算法细节以及提高算法效率;将所研究的模型算法均移植到GPU平台，利用多种GPU技术实现算法的并行加速，在三维地理信息系统中实现了高效实时的流体仿真模拟功能。　　 研究工作主要包含了以下几个方面:　　 (1)从精度、效率及实际需求角度，对众多流体仿真模型进行分析对比，根据大尺度三维地理信息系统应用的领域侧重面不同，确定了三种适用的流体仿真模型与方法，即:浅水方程、PipeModel模型和SPH流体模型。　　 (2)利用了交错格网求解浅水方程，对浅水方程和PipeModel模型进行了合理简化，提高了求解过程的稳定性;逆推PipeModel模型数学表达式，探索该模型与潜水方程的本质联系，结合潜水方程的差分求解，简化PipeModel模型的虚拟管道数量，提高了该模型的求解效率。　　 (3)采用传统的GPGPU技术，利用HLSL着色语言，将改进后的PipeModel模型移植到GPU平台上，在PixelShader部分完成了并行计算，利用“乒乓技术”在两张纹理中交替更新流量及高度场数据，实现了实时动态仿真模拟。　　 (4)将改进后的SPH粒子流体模型移植到OpenCL并行计算平台，并从以下多个方面对算法进行了进一步改进和加速:高效hash格网与hash函数设计、粒子排序、基于粒子行为预测的邻居粒子搜索算法、基于核函数表的加速系统、基于虚拟边界粒子与力场结合的粒子与地形交互模型、改进的PCISPH算法等，满足了细节需求更高的流体仿真。其中，针对大尺度三维地理信息系统，还提出SPH大尺度时空缩放系统和基于延期渲染的半完美粒子地形碰撞系统，分别解决了SPH模型尺度小及粒子与LOD地形交互不统一的缺陷。　　 (5)针对海量SPH流体粒子的渲染，本文采用了ScreenSpaceFluidRendering技术，并提出了自适应的深度平滑算法，解决了传统深度平滑算法对大尺度流体远近深度平滑不一致的缺陷。　　 (6)以上所述的全部研究成果均整合至GeoBeans3D三维数字地球平台中，取到了良好的应用效果。　　 纵观全文，本课题以三维地理信息系统的流体模拟作为切入点，探索了流体仿真模拟在三维地理信息系统中的模型与算法实现，希望本文的研究成果能推动其他三维地理信息系统中的仿真与模拟，例如各种自然现象、自然灾害模拟等，也对未来面向动态特征的三维地理信息系统平台建设起到一定的借鉴作用。