基于虚拟现实的仿真系统在工业、教育、游戏、医学等领域有着十分广泛的应用。结合油田的需要,将虚拟现实技术应用到油田应急虚拟仿真培训系统中,而其中的特效模拟对提高虚拟场景的逼真性尤其重要。本文针对油田生产过程中可能会出现的原油泄漏与原油起火特效渲染技术进行研究,原油与火焰模拟的本质是流体的模拟,为了解决大规模流体运动模拟的真实感与实时性的问题,基于GPU可编程着色器,从流体的运动场求解和流体的可视化模拟两个方面出发,实现了原油泄漏起火特效的模拟。本文主要研究了以下内容:1.流体运动求解的研究。基于物理的方法对流体运动场进行求解。研究了描述流体运动的N-S方程,包括N-S方程的推导过程、一般形式及数值求解过程。2.可编程着色器的相关技术研究。研究了GPU可编程着色器,包括图形渲染管线、流水线中的顶点着色器、几何着色器和片元着色器,以及上述着色器在图形渲染过程中的作用;分析了计算着色器的工作原理;研究如何通过Unity完成Shader编程、控制可编程着色器,解决图形渲染过程中的真实感问题和实时性问题。3.原油泄漏特效的模拟。针对原油泄漏过程中原油的运动,基于SPH方法进行流体运动仿真,通过相邻粒子搜索法改进了SPH算法中粒子的搜索过程,给出了原油粒子的碰撞处理。通过计算着色器,对离散后的原油粒子分配线程,将粒子的物理量计算过程放在GPU中进行求解,实现并行计算,有效的提高了计算效率;在粒子的可视化方面,提出了基于可编程着色器的点精灵绘制方法来完成原油粒子的绘制,并对粒子进行了光照处理与贴图处理。4.原油起火特效的模拟。针对原油起火现象中火焰的运动,基于N-S方程进行求解,通过计算着色器,对模拟区域离散后的网格分配线程,在GPU内对网格的物理量进行求解,实现并行计算,提高计算效率。采用基于可编程着色器的点精灵绘制方法,完成火焰粒子的绘制,通过渲染管线的可编程着色器完成火焰粒子的边缘光处理与光照计算,提高了模拟的真实感。