最近这些年来，计算机图形学技术快速发展，硬件计算能力迅速提升，使得游戏和电影领域的渲染效果越来越逼真，人们对于视觉震撼效果的要求也越来越高。为了满足人们对于视觉感受的高标准和高要求，材质效果算法的研究变得越来越重要。同时，材质效果的设计也不单单是算法设计人员的职责，对于更有天赋的美术人员来说，设计一款简单高效的可视化材质编辑系统也是必不可少的。设计可视化材质编辑系统的目的在于，美术人员对于材质效果有独特的天赋，但是为了在计算机上实现材质效果，需要通过编程实现，这一点不如算法设计人员。所以需要设计一套基于可视化的材质编辑系统来供美术人员使用，使得其能简单高效并且准确的设计出自己想要的材质效果。金属表面材质是一大类的材质效果，可以应用在诸多事物和场景的渲染之中。对于金属表面材质来说，如何获得金属所特有的光泽和各向异性是渲染过程中的重点和难点，另外，增加金属表面材质渲染的真实感效果就是需要体现出金属表面的凹凸效果和自阴影效果。本文首先介绍了图形渲染管线的各个部分和整体流程，突出了可编程渲染管线的功能，接着介绍BRDF理论和一些典型的着色方程。然后论文详细进行可视化材质编辑系统的设计，深入研究了如何可视化地创建一个完整的材质效果，详细介绍了系统的五大模块，通过表达式定义GPU着色器程序中算法和数据结构的公共部分，着色器接口定义构成着色方程的若干分量，利用具有图形学意义的表达式连接并最终挂载到着色器接口来构建对应于材质效果的完整GPU着色器程序。本文最大的创新是将金属表面材质的创作集成到可视化材质编辑系统中，通过可视化地创作就可以生成想要的金属表面材质，因此论文将讨论金属表面材质的算法设计，包括总体着色方程、Ward反射模型、凹凸效果的实现和自阴影的实现。然后给出了在顶点着色器和像素着色器中实现该算法的具体流程和步骤。最重要的，本文将实现了的金属表面材质算法应用到可视化材质编辑系统中，可以在系统中通过可视化的方式来创作金属表面材质。