在计算机图形学领域,人们逐渐利用计算机来再现周围的真实世界,自然现象的建模和渲染是近几十年来计算机虚拟现实与系统仿真的一个重要研究领域,基于物理模型的流体模拟近年来成为这个领域的一个研究热点,构建类似流体流动的模型是非常重要且具有挑战性的问题,一个好的解决方法能够在其他相关的领域中起到极大地促进作用。云作为户外场景的重要元素,它是一种非常复杂的自然现象,是大气流动的形象化,其形状不规则且运动复杂、具有随机性,三维云的模拟已经成为计算机图形学中最具挑战性的问题之一。对云的模拟,研究人员主要针对在它的静态和动态方面,目前已对静态云的真实感模拟进行了大量的研究,但对于动态云的模拟相对还比较少。然而,动态云的快速模拟技术在计算机游戏动画、影视广告等许多领域都具有重要的应用价值,在三维虚拟场景的漫游和飞行模拟中,实时的动态云的模拟变得越来越重要。本文首先对目前关于云的相关研究与成果进行综述,对基于物理模型的流体模拟方法进行分析,然后对描述流体现象的Navier-Stokes方程的求解作了详细讨论,以半拉格朗日法和有限差分法作为核心思想对Navier-Stokes方程进行求解,利用GPU强大的运算能力、并行性与可编程性来加速计算Navier-Stokes方程,根据积云的物理特点,提出一种新的动态积云实时模拟算法,使用基于物理模型的流体动力学方法对积云进行建模,并引入粒子系统思想,使本文的模拟方法既具有基于物理模拟方法逼真的优点,又有粒子系统方法简单的优点,最终生成实时、逼真的动态积云模拟效果。