增强现实技术(Augmented Reality)兴起于20世纪90年代初,它是多学科交叉融合的成果。到目前为止,AR取得了长足的进步,这些进步主要集中在现实环境中指定位置信息的获取和人机交互方式上,对于叠加在真实场景中的虚拟物体的真实感渲染关注的不是很多,这在一定程度上制约了AR的应用。本文以在增强现实环境中的真实感绘制为研究对象,以搭建一个基于GPU技术的AR渲染系统为目标,围绕真实感绘制技术和算法开展了一下几个方面的研究:1.通过对传统增强现实系统的研究和对影响真实感渲染的因素的分析,确定了表面绘制和光照绘制是解决增强现实中虚拟物体真实感的关键。研究分析了传统OpenGL渲染管线和可编程OpenGL渲染管线之间的异同,比较和研究了着色器编程所用到的语言和工具。2.从实时图形学中常用的几种光照模型的原理出发,比较它们的优劣,选取并用着色器实现了符合实时性与真实性的Phong光照模型。为了体现更真实的材质效果,对在增强现实环境中使用双向反射分布函数的可行性进行了分析。3.分析了对真实感渲染有直接影响的漫反射纹理、光泽纹理、法线纹理和噪声纹理等技术,从提高增强现实中虚拟物体的真实感出发,兼顾增强现实系统中视频流和虚拟物体相融合的特点,改进并用着色器实现了各种纹理算法。4.开发了一套基于可编程GPU技术的真实渲染系统,从系统的硬件构架、总体流程和开发平台三方面详细阐述了系统实现,通过实验描述了系统的实现过程,最后测试了模型复杂度和算法计算量对增强现实系统实时性的影响,并以表格的形式给出了对比结果。