随着红外技术和计算机仿真技术的快速发展,红外烟幕仿真受到了研究学者的广泛关注。红外烟幕自身的几何特性非常复杂,使用简单的建模方法难以对其物理外形进行高逼真度的模拟,其内部的密度、温度以及压强等物理属性在空间上的不均匀分布、时间上的复杂变化,使得其红外辐射特性的精确计算也十分困难。本文针对红外烟幕难以定量仿真实现的问题,依据流体力学基本原理及红外辐射传输理论对红外烟幕进行了仿真研究。本文首先采用描述低速不可压缩粘性流体的N-S(Navier-Stokes)方程组对烟幕的物理外形进行建模,将烟幕的三维仿真区域划分成均匀的立方体网格,每个网格都包含密度、温度以及压强等物理属性,利用N-S方程组对各网格的不同属性进行对流求解,进而建立烟幕的物理模型。对方程组中各项的解算和优化方法进行了研究,并给出了烟幕源初始化和仿真空间边界条件的处理方法;其次研究了烟幕的红外辐射模型,利用等效分子黑体模型计算了烟幕自身的红外辐射特性,并综合考虑了红外烟幕对太阳辐射和环境辐射的吸收及散射作用,以及辐射传输路径上大气效应的影响,搭建了一套基于光线投射的红外烟幕辐射模型;结合GPU的通用计算能力和可编程渲染管线,有效地解决了N-S方程组和光线投射过程求解计算速度慢的问题,实现了高真实感红外烟幕仿真。文章最后给出了不同仿真条件下的红外烟幕仿真图像,并从红外烟幕时间序列仿真图像的展示、与基于粒子系统的红外烟幕仿真结果对比以及红外烟幕的辐射特性分布、透过率和遮蔽率数据分析三个方面,对本文的红外烟幕仿真结果进行了分析与评价。