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真实的水面环境模拟可以极大的增强环境的真实感，它已经成为图形学研究中的重要领域，相关技术也被越来越多的应用于电影特效和计算机游戏的制作中。现有的许多实时绘制系统往往只注重水面某一方面的效果，而且很少有系统可以实现水面与周围场景的交互。然而，现实生活中的水面是比较复杂的，不仅在水面的效果上变化多样，还与水面周围的场景有多种交互。
本文采用ProjGrid算法高效的构造水面的有效网格顶点，较为全面的实现了水面的绘制效果，包括反射、折射、高光、菲涅尔现象、水面浪花等效果。同时，本文对水面的几何网格高度应用进行扩展，实现了水面与船体交互的效果，使得水面物体随着水面上下漂浮。水面的实时交互与高质量的水面效果绘制相结合是本文的一大创新点。
随着自然景观真实感绘制需求的不断增大，水下场景的真实感实时绘制技术研究越来越广泛，一些技术也被越来越多的应用于虚拟水族馆展示系统中。但是，现有的技术很少有进行实时绘制的，一般用于水底视频制作，视频展示等，而且对水底效果的分析也不完善。本文详细分析水下场景物体的绘制方程，对场景物体的各个光照效果从原理上进行阐述，高效的实现了水下的各种特殊光照效果，如Caustic效果，Godray效果，海水散射效果等。
最后，本文将水面绘制方法与水下场景绘制方法集成到实验室现有的三维绘制引擎中，并将其成功的应用于船舶航行模拟系统和虚拟水族馆展示系统，获得了良好的效果。