流体模拟尤其是水场景的模拟在三维游戏开发、影视特效、虚拟现实、灾难营救等许多领域有着广泛的应用。水体模拟是流体模拟的一个重要分支,在目前的水场景模拟中,对于大规模的水体如河流、湖泊、大海的模拟存在着计算效率普遍较低及浪花、泡沫细节不够丰富等问题。大规模的水面场景,其通常满足水平尺度远远大于垂直尺度的条件,通过求解浅水方程能够显著的减少计算量,但是无法模拟垂直尺度的现象如破碎波、瀑布等常见现象,已有一些研究者通过采用网格和粒子的混合模拟方法,将高度场无法表示的水体转化为粒子来表示,但是存在粒子和水体的相互转化不够鲁棒以及转化成的粒子无法逼真的模拟浪花等问题。本文基于网格和粒子的混合模拟算法,通过改进水体转化为粒子的规则并加入适当的限定条件来增强粒子和水体相互转化的鲁棒性同时优化产生粒子的算法,使得产生的粒子位置和数量都较为理想,能够逼真地模拟水面细节。为了进一步满足实际应用中对大规模或者高分辨率水体模拟的需求,本文引入了基于集群的并行计算框架,实现了刚体对流体的作用,并且将粒子系统扩展到集群平台,将算法加速和硬件加速做了很好的结合。通过设计合理的分工和合作算法,能够保证模拟结果同非并行版本一致,可模拟水域范围有了很大的提高。本文还开发了一套完整的系统集成了Maya与集群计算,显著提高了易用性和灵活性。实验结果表明,本文算法能够快速产生具有丰富细节的大规模水体模拟结果。