红外成像系统,无论在民用还是军事领域都得到了广泛的应用。而要对红外成像系统,以及其上搭载的其他功能进行测试,往往需要使用红外仿真技术,其逼真度直接影响测试的可靠性。所以在三维场景仿真中常使用光线追踪作为渲染框架。路径追踪是光线追踪框架的一种实现方式,使用了蒙特卡洛方法,随机跟踪多条光线,随后根据这些光线的贡献计算该点的颜色值。利用蒙特卡洛方法的无偏性和一致性,生成照片级真实的图像。大多数成熟的渲染器也使用的是路径追踪作为渲染基础算法。基于路径追踪的红外仿真系统,可以展现更多的场景细节,对场景细节的表现也更趋近于真实。该论文针对红外辐射传输特性以及路径追踪的原理,将路径追踪中用于计算渲染方程的蒙特卡洛积分,同样应用于辐亮度计算公式中红外波谱的积分以及大气传输的路径积分上,得到一种与路径追踪框架高度融合的红外辐射传输计算模型。通过不断的迭代计算得到的红外场景渲染结果将具有更高的逼真度。考虑到路径追踪算法有极大的计算量,但又是可以完全并行化的,所以使用OpenGL的着色器对其原渲染管线进行改造,使其适应路径追踪算法。利用GPU的强大并行计算能力,使渲染耗时大幅缩短的同时得到高逼真度的红外场景仿真图像。并综合使用如基于空间分割的层次包围盒以及循环自动编码器等优化算法进一步加快渲染速度,之后利用QT框架将其扩展为一款有一定实用性以及易用性的软件。最后,通过实验验证了使用融合路径追踪的红外辐射传输模型能够较准确、真实地模拟各种红外传输过程中的现象。同时,通过测试软件的时间性能,验证了GPU渲染管线对渲染耗时有较大的降低,以及其余优化算法在特定条件下对时间性能也有一定提升。