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在计算机图形学中雨景的真实感绘制是一项重要的研究课题。雨的模拟可以大大增加场景的真实感，应用领域非常广泛，包括电影、动画、游戏和虚拟现实等领域。然而雨的真实感绘制是一个具有挑战性的任务。雨滴在下落过程中会发生快速的震荡，并由于光线在雨滴中的反射和折射而具有复杂的光学效果，并且在人眼和摄像机观察时会产生运动模糊形成雨线。雨景中除雨线效果之外，雨和其他自然场景物体之间的交互也是很常见的现象，例如雨和树木的相互作用。空中下落的雨滴落到树木上时将会发生碰撞，树叶在雨的作用下会发生摆动，而雨滴碰撞后会产生飞溅的小水滴，同时还有残留在树叶上的雨滴会发生流动。本文主要研究雨线的真实感绘制以及雨和树木相互作用的实时模拟方法，其贡献和创新主要体现在以下几个方面:
(1)提出一种新的基于物理的雨滴形状模型，该模型结合了雨滴的平衡态模型和震荡模型，用该模型绘制的雨线图像与用前人的模型相比产生不同的细节效果。
(2)提出一种基于Monte Carlo光线跟踪的方法绘制真实感雨线。该方法通过预先对雨滴震荡周期内每个离散时间点的雨滴三角形网格建立kd-tree加速结构，利用雨滴运动包围盒加速光线与雨滴的相交测试，并使用自适应采样技术加速了雨线绘制。实验结果表明，该方法能模拟雨滴的震荡和光线在雨滴中的反射和折射效果，适用于多种类型光源的场景，并能生成全局光照效果。
(3)提出一种在固定光源、动态视点情况下实时绘制雨线的方法。该方法首先使用我们提出的离线真实感雨线绘制技术预生成不同摄像机方位角和不同雨滴取向旋转角的雨线纹理数据库。然后在GPU上使用粒子系统来模拟雨滴的运动，在几何着色器中将雨滴粒子扩展成四边形，并根据摄像机方位角和雨滴取向旋转角查找预生成的纹理数据库，使用纹理贴图和Alpha合成技术获得雨线外观。实验结果表明，在不同雨量大小下都获得了实时真实感雨景效果。
(4)提出一种完全基于GPU的方法来实时模拟雨和树木的交互。该方法通过树木的深度图实时检测雨滴和树木的碰撞。碰撞发生时生成飞溅的雨滴，并且对每片叶子上碰撞的雨滴个数进行计数。然后使用我们提出的物理运动方程来计算每片叶子的旋转角度，得到树叶新的位置。接着根据树叶新的位置绘制树叶并更新树木的深度图，用新的深度图来检测雨和树木的碰撞。上述整个过程都在GPU上完成。实验结果表明，我们提出的方法能实时生成雨和树木的双向耦合效果。