在日常生活中,燃烧的火焰随处可见,火焰模拟在航空航天、影视广告、虚拟场景中有着广泛的应用。然而对火焰等无规则流体进行模拟一直是计算机图形学(Computer Graphics,CG)研究中具有挑战性的课题。为实时绘制出虚实融合场景中三维火焰交互运动的自然逼真效果,本文的研究工作分为两方面:分别是基于Kinect手势识别的火焰交互运动算法研究和三维火焰与移动障碍物交互运动的算法研究。首先,为了实现虚实融合场景中手与不规则火焰的交互运动效果,提出基于Kinect手势识别的火焰交互运动算法,利用一个ColorImagePlane视频墙,巧妙地展示了虚实融合场景,运用骨骼追踪技术,成功地解决了实时追踪手势的难题,高效地完成手势交互模拟,定义相应的手势指令集,并设计不同手势指令与火焰的交互算法,实现手势对火焰运动的灵活控制,增强用户的参与感,达到虚实融合场景中三维火焰的可交互实时模拟目标。其次,为了进一步实现火焰与虚拟障碍物的二次交互效果,对火焰与移动障碍物的交互运动算法进行研究。运用AABB包围盒技术,简化移动障碍物边界条件的计算,有效地解决了火焰与移动障碍物的碰撞检测问题。同时,大胆引入一种新型的投影技术,极大地减少了投影项的计算时间,并尽可能多的捕捉交互细节,兼顾火焰模拟的真实性和实时性。另外,建立二者之间的耦合线性方程巧妙地实现二者的耦合,突出火焰与移动障碍物之间的相互作用力,展现更为逼真的交互效果。再次,采用MacCormack方法动态求解N-S方程的平流项,有效地降低了火焰模拟的数值耗散,提高了火焰模拟的实时性。同时,利用GPU高效的并行性,减少处理N-S方程各项的计算量,进一步提升了模拟的实时性。另外,采用基于GPU的光线投射算法对火焰进行渲染,高效地绘制出高质量的火焰图像。最后,在Unity3D平台下搭建基于Kinect手势识别的火焰交互运动算法研究系统和三维火焰与移动障碍物交互运动算法研究系统,设计并完成多种实验,实验效果表明,本文的算法可以实现虚实融合场景中三维火焰实时和自然的交互效果。