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虚拟水下环境的可视化是一个具有重要意义的研究课题。涉及到的科学问题有水流动分析与模拟,海底地形再现,水下物体信息提取与三维重构等复杂问题。其中,水流动状况异常复杂,所以模拟其流动目前没有其他更加实用有效通用的方法,现有的主流技术是根据牛顿动力学方程进行研究,由于此类方法在模拟真实水流动,尤其是出现湍流的时候遇到的障碍较多。关于水下物体仿真的问题,因为水下物体图像的特殊性,凭借光学图像以及雷达信息准确重构水下物体也存在大量的技术与理论问题有待解决,例如图像的初步处理、信息点的提取、高度信息的提取、基于单幅图像的图形重构等问题。本文给出了一种模拟水流过障碍物的数值计算方案,使用迭代方程代替动力学方程,在迭代的过程中观察其出现涡流与湍流的节点时刻。这种迭代方法并不是简单的将动力学方程离散化、差分化,而是根据流体的运动以及三角函数的特性给出迭代表达式,并根据迭代表达式进行了初步模拟实验。该实验结果与涡流及湍流形成之初的状态较为吻合。对用于水波动模拟的Lax-Wendroff有限差分法进行改进,将算法中的指数函数改为三角函数或者是多项式展开函数,并将增加量使用程序语句施加控制,最后绘制出较稳定的、真实的水波动模拟图形。使用程序控制波动程度,当达到一定的波动程度时,反向控制,即从波动较大再到波动较小,得到较好的仿真效果。改进了 Harris特征点检测法,通过改变算法中的检测函数,改变区域搜索方式等,给出了改进的Harris特征点提取算法。并根据具体环境以及知识背景等采用分块、自主改变阈值等方法,进行了大量的模拟实验,通过与既有方法适当进行对比分析,得到提取海下物体图像边缘信息的迭代方法,将图像与辅助函数构造混沌系统,将辅助函数离散为矩阵,归一化后利用矩阵下标迭代提取出像素值函数值,再作为下标进行迭代。该方法计算简便、速度较快,提取效果较佳。论文通过模拟水流过障碍物的数值计算,使用了非牛顿力学的迭代计算方法,是一种新的研究思路,这方面的研究工作对于复杂问题的可视化就有借鉴意义。在水波动模拟的Lax-Wendroff有限差分法中加入了三角函数及其多项式展开函数,是一种一般性的近似的仿真模拟方法,可以尝试在其他仿真方法中使用。对经典的Harris特征点检测法进行改进,特别是使用迭代方法进行特征点提取,可以更好地解决图像的三维建模的关键问题。在本文的研究基础上,今后的研究方向是研究在角点深度信息与多角度、多方位图像边缘信息的提取,在此基础上进行三维数据重构;另外还需要深入研究的有水流动模拟,特别是对湍流的模拟等。