全局光照明效果为用户提供了虚拟场景中的物体形状、材质以及相互位置关系的重要信息，从而能够大大提高计算机生成图像的真实感。尽管在很多交互应用中都需要全局光照明效果，但过高的计算代价还是使得其一直局限于离线应用中。近年来，很多研究都试图将全局光照明集成到交互式应用中，例如光照明设计、虚拟现实系统以及电子游戏等等。为了降低运行时的计算开销，以提供交互级的绘制速度，一条主要的思路是引入预计算，并将一部分运行时的计算量前移到预计算阶段执行。 本学位论文研究通过预计算来实现交互式的全局光照明模拟，我们提出了两种新的算法。 在第一种算法中，我们首先建立了一个离散的线空间，并提出一种两步扫描转换算法来快速获取该空间中的采样直线与场景的交点，采样结果被组织成一种新的可见性表述，交点场(i-field)。在运行时，光能传输计算必须的光线与场景的求交运算被简化为在交点场中的查询操作。通过分析输运方程，光照明可以被分解为间接辐照度、直接辐照度和可见度。基于这一分解，我们通过一个基于GPU的绘制实现来进一步提高性能。利用光线空间交点样本之间的相关性，我们还提出了一种基于游程编码的交点场压缩技术。 在第二种算法中，我们用球谐函数(SH)矢量来表达低频的光源、反射特性和可见性，并用若干球体来逼近场景中物体的几何。只需使用较少的球体就能很好地近似物体的遮挡特性，物体的低频可见性特征能被有效地保持。运行时，需要在每个接收点处计算球体遮挡物的可见性球谐矢量积。在这里，我们没有使用前人的方法来直接计算SH积，而是转而计算球体遮挡物的对数可见性(通过预计算获得)的和，然后使用球谐指数运算来获得所有遮挡物的可见性球谐矢量积。在低阶球谐函数下，我们给出了球谐指数运算的一个近似方法来加速计算，并证明了这一近似的精确性。由于逐顶点的计算得到了大幅简化，该算法能够很容易地在GPU上实现，相比之前方法有10倍以上的加速。我们称这一新算法为SHEXP。 上述两种算法解决宏观的光能传输问题，而对于由物体表面细节引起的光能传输则无法表现。后一类问题被称为介观光能传输，综合考虑宏观与介观光