3D引擎在虚拟现实、地理信息系统和3D游戏等领域具有重要的应用价值。同欧美和韩日相比，中国在3D引擎方面的研究比较落后。因此，对3D引擎的研究具有非常重要的意义。 图形系统是3D引擎的核心模块，主要负责3D图形的渲染，它决定着整个3D引擎的性能。因此，图形系统及其关键技术的研究是3D引擎研究中的重点。本论文以CORA3D引擎为基础，介绍了图形系统的架构及其相关模块的设计，并针对图形系统中的部分关键技术进行深入的研究，主要包括：大规模地形的实时渲染、超大规模室外场景的实时漫游和可变形物体的实时仿真。 大规模地形的实时渲染是图形系统的关键模块。本文基于ROAM算法，提出了一种基于视点的大规模地形实时渲染算法。该算法将大规模地形进行分块，然后用三角形二叉树表示地形网格，并通过强制分割和强制合并对网格进行实时更新，能充分利用帧与帧之间的连贯性，同时自动避免裂缝。实验表明该算法有效地提高了ROAM算法的性能，能用于大规模地形的实时渲染。 超大规模室外场景包含海量数据，无法一次性载入内存进行渲染。为解决这个问题，本文提出了一种基于动态调度的超大规模室外场景实时渲染算法。该算法事先对整个场景进行分块，在实时运行时，根据视点的位置动态载入所需的子场景，并通过LOD技术和视锥体剔除对场景进行简化，以进一步提高效率。该方法使得场景的大小不再受限于内存的大小，能实现海量数据的快速实时渲染，使图形系统更加强大。 可变形物体的仿真是计算机图形学的研究难点。本文基于粒子系统和形状匹配，研究并实现了一种无网格变形算法。该算法通过粒子系统控制物体的形状。同时，每个粒子都对应一个目标位置，目标位置通过形状匹配来计算。粒子与其目标位置之间存在弹力，能将粒子拉向目标位置，使变形后的物体恢复原来的形状。与其它算法相比，该算法简单、内存开销小、实时性高、具备无条件稳定性，特别适合于3D引擎图形系统。该算法已经嵌入到实验室开发的引擎，增强了仿真的真实感。