计算机虚拟三维场景绘制作为虚拟现实系统中的重要组成部分,是当前计算机图形学方面的热门领域之一。它可以为人们提供非常直观自然的交互界面,因此已经在计算机辅助设计、数字娱乐和计算机艺术等许多领域中得到了广泛的应用。在这众多的应用中一般都会包括以下两个部分:虚拟三维场景绘制和虚拟三维场景与相关物体的交互。场景绘制就是要把虚拟系统中的所有景物综合起来以三维图形的方式呈现给用户。然而现在的三维场景日益复杂,对绘制效果的要求也在提高。与此同时,硬件上近年来图形处理器(GPU)不仅在性能上有了大幅度的提高,功能也获得了增强,出现了可编程绘制的特性。 本文简述了可编程图形处理器硬件和相对应实时绘制语言的发展过程,介绍了可编程图形处理器加速绘制的原理和使用方法,这是本文工作的主要基础。通过充分利用现在可编程图形处理器的可编程功能,可以有效地提高绘制的性能。在此基础上,本文说明了利用可编程图形处理器进行绘制的方法,并实现了实时绘制的三维海底场景。其中由在CPU上运行的主程序维护整体的数据结构与运行状态,而具体的绘制运算主要在图形处理器(GPU)上执行。首先,进行了实时的光照计算、多样性雾效果模拟和水草运动控制。光照计算中实现了基于像素的光照计算,采用了经典的Blinn-Phong光照模型和一种适合海底场景的自然光照,提高了光照渲染效果。多样性雾效果模拟中包括基于海洋深度的层次雾效果和进一步的动态雾效果。通过对水草运动的控制实现了水草在水中摆动的动画效果。其次,为了对海底场景中从水底不断涌出的水泡进行模拟,采用粒子系统的思想,根据实际的情况建立了水泡模拟粒子系统。