随着国内图形学工业界的发展,元宇宙、VR/AR等产业迅速壮大,使得物理模拟技术的应用前景变得非常广阔。图形学产业的兴起,在丰富了人们的生活的同时,也对模拟技术的发展提出了极大的挑战。一方面,工业界对复杂、壮阔的特效场景的需求,推动着模拟技术向实现新效果、新场景方向发展。另一方面,元宇宙、VR/AR等产业对场景实时性的要求,推动着模拟技术向高性能方向发展。如何能够在计算机中快速的构造出复杂且逼真的虚拟场景,是当前计算机图形学,尤其是物理模拟方向上的重要研究课题。本文围绕与流体相关的模拟技术,分别从效果与效率两个方面入手,进行了复杂场景下的高性能流体模拟技术的研究。具体的,研究了渗水材质与多组分流体交互、流体场中离散颗粒物质运动等重点问题。本文的主要工作贡献总结如下:·提出了一种基于虚拟相的用于模拟渗水材质与多组分流体交互的统一粒子模拟框架。该方法通过虚拟相的概念,一致性的建模流体穿过渗水材质表面时的状态变化,避免了传统方法模拟中粒子的插入/删除问题,从而提高了算法的稳定性、保证了流体的质量守恒。基于这种由虚拟相构造的本构模型,该方法可以灵活的模拟流体吸收扩散、海棉吸水形变、多流体差异性吸收、沙子浸润等广泛的毛细现象。·提出了一种基于斯托克斯动力学的流体场中离散颗粒物质模拟方法。该方法使用无迭代的加速斯托克斯动力学方法建模离散颗粒物质,并采用双精度网格实现流体与颗粒物质的耦合。该方法将离散颗粒物质与高精度背景流场耦合的问题,转化为了离散颗粒物之间的N-body问题。通过该方法,仅需一个非常稀疏的背景流场,即可快速模拟高精度的离散颗粒物质的运动。