三维场景的全局光照计算不仅考虑当前着色点的直接入射光照,还涉及环境中其它景物对着色点的间接光照或遮挡的影响,因而可以模拟比局部光照更真实的效果,如透明物体的折射和反射,半透明物体的子表面散射,阴影等。由于其计算复杂度远远超过了局部光照计算,传统上全局光照明模拟难以同时获得实时的绘制效率和逼真的效果。尽管人们针对光线跟踪、辐射度、光子映射等全局光照绘制方法提出了许多加速方案,但还是无法被应用到游戏、虚拟现实等实时性要求很高的应用。近年来流行的预计算技术部分地解决了静态场景的全局光照明计算,但无法直接适用于动态场景。 GPU(Graphics Process Unit)在近几年极大地推动了计算机图形学的发展。尽管它采用了局限性大的SIMD(Single Instruction Multiple Data)架构,但这也使得它的并行性及处理速度远远高于CPU。本文以GPU为基本工具加速动态场景的处理及绘制,提出了一系列不同全局光照效果的算法,包括动态透明物体、动态半透明物体及复杂光照条件下动态场景的软阴影生成等: ●提出一个改进的可形变透明物体的二次折射计算、动态环境映射算法,以及在环境映射中的视点与参照点偏差问题的解决方案; ●提出一个基于绘制到纹理技术的子曲面散射模型两步绘制法,能实时高质量地绘制可形变半透明景物; ●针对现有阴影模拟算法在真实感及灵活性上的缺陷,提出了各向异性的遮挡度计算方案,结合球谐压缩的复杂光照环境,可获得场景各点的光亮度衰减值,能实时生成复杂光照条件下的阴影。