近年来,随着计算机图形学技术的飞速发展,光线跟踪技术凭借其真实的渲染效果而越来越受到图形学研究者的关注。但是,与真实的渲染结果相对应的,却是庞大的计算量和时间开销。于是,如何对光线跟踪算法进行加速,就成了当前的图形学领域的主要课题之一。本文的研究目的在于:第一,从算法上对光线跟踪的流程进行改进,采用优化的空间加速结构对三维场景中的面片进行管理,减少求交测试时间,提高渲染效率。第二,针对动态场景的光线跟踪渲染,研究空间加速结构的更新算法,使空间加速结构在每一帧渲染结束后不必重新构造而直接用于下一帧渲染,从而降低在动态场景渲染中占很大比例的重建操作时间。本文的研究工作建立在对传统的加速结构的研究基础上,对之前的加速结构进行分析与总结,对其存在的缺点进行改进,创新的提出了基于表面积启发函数的新型层次包围体结构,随后又在此新型结构上,设计了适用于SIMD遍历方法的四叉层次包围体结构。在遍历算法方面,使用SSE指令集进行优化,设计了四叉层次包围体结构的并行遍历方法。对于动态场景的渲染,在上述两种新型的加速结构的基础上,本文提出了与其相适合的实时更新策略,其中,对于四叉层次包围体结构的更新算法,目前还没有人涉及,而本课题对此做了创新性的尝试。最后,本文将传统的基于PC的PBRT渲染系统做了改进,使其能够完成简单的动态场景渲染,并将本文所研究的新型加速结构以及其遍历和更新算法都独创性地应用于PBRT系统。