整体光照计算是真实感图形生成的重要部分,属于一类非常复杂的计算问题,通常采用蒙特卡洛数值计算方法求解该问题,但是由于其随机抽样导致噪声很多,所以采用结合光子映射图的方法是很有效的途径,并将其运用到参与介质绘制等自然材质的模拟绘制中。目前逐渐提高的计算机硬件计算能力,为该计算提供了良好的实现环境。本文以实现基于光子映射图的整体光照计算及在参与介质中的绘制应用研究为目标,在对整体光照计算理论、基于光子映射图的整体光照计算方法和参与介质绘制策略等几个方面进行了深入、细致的研究工作。首先,给出了一般整体光照问题的数学模型及相关绘制方程的分析,分析了蒙特卡洛随机方法解决整体光照问题的绘制方程,给出了针对于整体光照效果的场景模型建立标准。其次,详细分析了光子映射图方法计算整体光照的过程和绘制方程以及每个步骤中的细节计算,对光子存储和查找等部分进行了改进,并通过实验验证了算法改进的有效性。最后,在深入分析光子映射图方法解决整体光照问题的优势的基础上,通过对参与介质的散射和相位函数的分析,给出了基于光子映射图的参与介质绘制的RayMarching算法的改进及实现。针对参与介质的材质特性,给出了典型的材质场景的绘制结果,并做了分析比较,为基于光子映射图的参与介质的整体光照计算提供了进一步有效计算的可行性。