近年来,3D游戏、虚拟视觉和动漫产业发展迅猛,各种场景模拟技术层出不穷。这其中,自然景物仿真因建模过程复杂,画面渲染难度大,一直是计算机图形学领域的研究热点。云是自然景观中最常见一种风景,关于云的仿真技术层出不穷。但是云层变化多端,色彩也千变万化,如何选择合适的模型对其进行建模以及提高绘制效率一直是云仿真技术的关键。本文主要从云的形成机理入手,基于粒子系统对云进行建模。在所有基于物理过程建模的计算机仿真中,当仿真规模扩大时,仿真的效率一直是难以解决的问题。针对这一问题,本文的系统建模和逻辑控制在CPU段,而将属性计算和画面渲染等耗时操作放在GPU中,利用GPU的并行计算能力加速绘制,达到了很好的效果。本文利用OpenGL技术和粒子系统思想,对天空中的积云进行了建模。本文将云当做不可压缩流体,使用Navier-Stokes方程描述其运动规律。为了在GPU中编写程序加速方程的各项求解,本文利用有限差分法中的交错网络将求解域离散化,用Jacobi迭代法逼近压力Poisson方程,有效地提高了系统的仿真效率。为了渲染画面的真实感,本文综合单次散射和多次散射光照模型用来模拟了云的光照效果,并使用Impostor技术对绘制进行了加速。最终,本文利用Visual Studio2013平台,基于粒子系统和GPU技术,实现了云的动态仿真。