随着虚拟现实、影视动画和电脑游戏的日益普及，大规模水场景的绘制已经成为一个相当热门和有挑战性的研究课题。虽然在现行的游戏和一些绘制系统中，水面的绘制已经达到了较好的效果，但是在这些系统中很少看到可交互的水面模拟，这是由于可交互水面的建模和模拟相当复杂。本文提出了一种基于GPU的大规模水场景的高效绘制方法。在波浪模拟方面，我们采用了基于水体统计模型的FFT方法，不仅计算出了用于水面网格变形的顶点三维扰动数据，还计算出了用于水面光照计算的水面梯度场数据。我们将得到的高度场和梯度场数据平铺到可见区域的网格上以模拟出整个可见水面的波浪效果。在船的尾迹模拟方面，我们利用采用了“基于GPU求解二维波动方程的模拟方法”和“基于粒子系统的模拟方法”两种方法，并对比了两种方法各自的优缺点。我们采用了具有良好LOD性质的“投影网格”方法进行网格建模，并对其进行改进，我们引入“投影空间纹理”方法提高了高度场数据的利用率和LOD性能。我们还对“投影网格”的建模相机进行了改进，使其能在建模过程中减少高度场纹理的走样并适应非水平相机以及高度变化的水场景。在绘制部分，我们将波浪部分和尾迹部分的水面高度场与梯度场数据结合了起来，统一了两者的绘制。并充分考虑了水面的光学特性与HDR效果完成了绘制计算。泡沫、飞沫以及焦散效果进一步增强了绘制的真实感。值得一提的是，我们的网格建模、高度场计算、梯度场计算、网格几何扰动和光照计算全都是由GPU完成的，这样就大大减少了CPU与GPU之间的数据同步，使本文的算法达到了实时。本文第一章简述了水面绘制的研究背景和前人的研究成果。第二章介绍了波浪与尾迹的模拟方法。第三章介绍了水面网格的建模方法和相应的高度场生成方法，此外还讨论了对网格建模相机的改进策略。第四章详细说明在基于前两章的模拟和建模对水面进行真实感绘制的方法。第五章给出绘制流程和实验结果，并对实验结果进行分析与评价。