日照和阴影是建筑场景中必不可少的元素,日照不但是阴影产生的决定性因素,而且作为重要的自然资源,在卫生保健和建筑采暖等方面都具有重要的意义。在建筑阶段处理好建筑的日照遮阳与自然采光是实现建筑节能的根本环节和重要措施。阴影,不仅能够反映出场景中物体之间的几何关系,也能提高虚拟环境的真实性。随着对阴影技术研究的深入化和现代图形硬件的发展,大量的阴影算法被应用到工程领域中。从真实感和实时性两方面出发,在保证实时性的同时提高阴影绘制的真实性已成为一个非常重要的课题。本文从日照模拟及实时阴影渲染两方面出发,精确模拟太阳运行轨迹的同时,以阴影图算法(Shadow Maps)为基础针,对大规模建筑场景进行实时阴影计算和渲染优化,主要研究工作包括:研究分析日照模拟算法现状,并依照《天文算法》实现了任意时刻,地球表面任意位置的高精度太阳位置计算算法;学习研究了可编程图形硬件技术和阴影生成技术,通过比较了常用实时阴影计算算法的优劣,实现了阴影图算法,并对其偏移量问题及走样问题进行了分析和优化;对于大规模场景实现了平行分割阴影图算法,并对其阴影丢失及渲染冗余问题进行了优化;并且建筑场景中常见的玻璃透明材质进行了阴影渲染优化。这些工作能够很好地完成日照的实时计算和建筑日照阴影的良好渲染效果。在以上工作的基础上,本文设计并实现了基于GPU的三维建筑模型日照阴影分析展示系统。系统在结合BIM模型的基础上提供了精确的日照模拟和实时的阴影生成效果,并实现了建筑的日照分析统计。该系统可以将建筑的日照阴影科学、直观的展现给用户。