计算机图形学算法通常被用在计算机上模拟三维的虚拟场景,为了模拟较好的三维场景,实现真实的光线效果,通常使用全局光照模型计算场景光照。全局光照算法作为计算机图形学的一个重要领域,多年来备受研究学者的关注。与传统的局部光照算法不同,全局光照算法除了计算场景中直接光线贡献的光强外,还考虑了由折射或反射产生的间接光线贡献的光强,所以全局光照会产生远高于局部光照的渲染绘制结果。光线跟踪是全局光照算法中最具代表性的一种算法,其基于物理光学以及数学知识实现。对比局部光照模型算法只能实现部分光照效果计算,基于光线跟踪的全局光照模型则可以实现全部光照效果计算。在理论上光线跟踪算法能够真实地模拟场景效果,对其研究具有典型意义。但是在进行光线跟踪计算时,需要进行大量光线与物体间的求交计算,因此在实际模拟应用中,算法具有一定的限制性。故而在实际的场景模拟中,为了保证视觉效果的连续性,可以通过对加速结构算法研究实现其效率的提高。在全局光照算法中,对光照模型的简化以及对加速结构算法的研究,在提高算法的真实感及实时性两方面具有实际意义。随着GPU的普及,并行技术受到广泛关注。在计算机图形学领域同样也对已有并行技术进行广泛的研究,其中并行加速结构算法的应用成为提高光线跟踪速度的新趋势。本文的研究创新主要表现如下:1)在全局光照算法真实感方面,针对经典光线跟踪模型在阴影效果上无法对不同材质渲染绘制等问题,提出更具有针对性的优化光线跟踪光照模型,优化全局光照算法,使其在模型在阴影效果的渲染绘制方面具有更佳的真实感。同时在部分模型材质的终止条件上进行优化,简化光线生成,提高计算速度。2)在全局光照算法实时性方面,针对传统加速结构在构建速度与质量平衡性上的性能问题,本文优化了光线跟踪加速结构,使用基于莫顿码的空间算法对场景图元进行排序处理,优化基于近似凝聚聚类算法构建的搜索和合并过程。优化算法具有更好的构建质量和速度,利用优化的加速结构算法简化求交计算,可以使光线跟踪算法在实时性上有更好的表现。3)在算法实现方面,基于上述真实感及实时性优化的算法进行系统设计,对全局光照系统进行整体构建,扩展算法应用范围。系统测试并分析了在真实感方面的全局光照实现结果、不同材质渲染绘制实现结果。以及在实时性方面渲染绘制的平均帧率结果。