随着多媒体技术和计算机真实感图形学的发展，相应的应用领域比如电影特技、互动游戏、虚拟现实等也不断发展。作为这些应用领域中图形场景的常见主要元素之一的气态自然景物是整个图形场景的重要组成部分，如何在图形场景中真实、快速地再现和模拟它们，以更好的满足人们不断增长的视觉体验需求，具有非常重要和深远的意义。 然而，气态自然景物外观特性和运动机制复杂，要快速、逼真地模拟它们是一项非常具有挑战性的工作。要精确地模拟它们，必须从其内在物理特性出发，借助计算流体力学(Computational Fluid Dynamics，CFD)的方法对其进行模拟。但是，CFD方法计算量太大以致模拟速度很慢。图形学领域的学者们通过各种途径来提高CFD方法的模拟速度，但是还不够理想，因此如何提高基于CFD方法的气态自然景物模拟的模拟速度一直是真实感图形学领域的热门研究课题。 本文的主要研究目标是以CFD方法为理论基础，在保证气态自然景物模拟有较好的模拟效果的前提下，尽量提高其模拟速度。本文总结分析了现有的几种模拟方法和发展现状，并深入研究了基于物理的气态自然景物模拟方法。经过实验分析对比，将粒子系统的思想融入到现有的基于物理的CFD模拟方法中，互取其长。以粒子系统中的粒子作为气态景物速度和密度的载体，避免了CFD方法中一些耗时严重的计算过程，同时简化了CFD方法中一些对视觉效果影响不大的计算过程，最终提出了一种新的针对气态流体景物的模拟方法——基于粒子系统的CFD模拟方法(Particle System based CFD，PSCFD)。该方法经过实验证明，具有效果好、速度快、可移植性好以及易于理解和程序实现等优点。