近年来，实时视频游戏、虚拟展示、虚拟教学系统等数字媒体的应用对实时渲染的真实感、场景的复杂度不断提出更高的要求。引擎作为媒体系统创作的核心，对各项技术的支持需要完整的考虑。本论文提出了一个高层的引擎系统构架，在此基础上，着重针对实时渲染真实感、室外复杂场景渲染的问题，在引擎中设计并实现了基于GPU通用计算的动态水面算法以及大面积森林渲染系统。论文主要内容涉及：图形引擎技术、网络引擎技术、大规模软件工程中的设计模式、基于图形硬件的通用计算技术、动态水面和大面积森林场景的渲染加速算法。在对这些技术进行分析和研究的基础上，提出了一个适合大规模室外场景渲染的引擎架构DMF并实现。这是一个面向对象的、可扩展的引擎框架，整合了多个不同类型的开源引擎，并加入针对特殊应用的扩展，还能支持Lua脚本的嵌入与交互。在这个框架的基础上开发了支持网络协同操作的场景编辑器。探索了一种全新的数字内容创作模式。同时本文还研究了针对室外场景真实感渲染的加速算法，分别针对动态水面与大面积森林渲染。并在框架中实现。利用基于图形硬件的通用计算技术(GPGPU)解决实时渲染问题是目前一个热点研究方向，在DMF框架中实现了一种将含粘性阻尼力的2D波动方程求解完全放到GPU上的算法。该算法充分利用图形硬件的并行处理来加速方程求解，并利用最新的顶点纹理存取技术，直接渲染求解得到的波动方程，避免了CPU与GPU的数据传输开销。本文以流体模拟作为实例对该算法进行了验证，实验表明算法提高了实时流体渲染的真实感与效率。大面积森林场景的实时渲染是DMF引擎的一个特色，在引擎中实现了一个新的结合了细节层次算法和基于图像渲染的森林渲染系统，平衡了基于图像的渲染方法在渲染质量上的不足与几何渲染方法在效率上的缺陷。提出了一种新的基于四叉树纹理拼图的替代物渲染加速算法。有效的提升了替代物创建与渲染速度。最后，在一个实际的室外场景漫游程序中的运行结果表明了该系统可以用较小的渲染代价获得很高的渲染质量。最后本文对目前图形学的发展方向和数字媒体的协同创作工具进行了展望，针对图形技术新的发展趋势提出了一些值得深入的研究方向。