真实感图形绘制一直是计算机图形学重要且基础的研究内容，广泛应用在电影、游戏、模拟仿真等领域。由于人们对真实感绘制的要求越来越高，使得场景几何越来越复杂，绘制效果越来越丰富，从而对绘制速度和质量提出了更高的要求。在此，场景及数据结构的组织和表达对真实感图形绘制的速度和质量的提升有着非常重要的作用，一直是图形学中的研究热点。目前，在多片元效果绘制、矢量纹理映射、景深效果、运动模糊效果、光场效果绘制等方面已有一些较好的组织和表达，但在绘制速度和质量上离许多应用的要求还有很大的差距。本文对此进行研究，提出了一些新的场景组织和表达方式，使得一些真实感效果的绘制效率得到了很好提升。本研究主要内容包括：　　 ⑴提出了一种新的场景模型组织形式，以提高图形处理器(GPU)绘制多片元效果的效率。该方法使用面片集合的块而不是单独的面片组织来表达场景模型，使其能在GPU上高效精确地绘制多片元效果。该方法首先将模型分解成块，使得每个块都能在GPU中进行正确的排序和绘制，并使用网格结构来管理这些块，使得在任意视点下都能快速地排序块。在绘制时，根据当前视点，使用网格结构快速地排序块，并以流处理的方式逐个地传输块到GPU中。一个块一旦传入到GPU中就立即绘制它，并与前面绘制块的结果进行色彩合成操作。通过此方式，该方法仅需单遍数据传输，空间需求很低，与模型的深度层次无关。并且，流式传输块的过程中还可以对连续的块进行打包处理，以进一步加速。实验结果显示该方法比已有方法速度更快，同时能有效地处理任意规模的大模型，甚至是已有方法很难处理的外存模型。　　 ⑵提出了一种Diffusion curve图(DCI)的显式矢量化表达，即Diffusioncurve纹理，以进行快速高质量的矢量纹理映射。常用的DCI原始隐式表达必须通过泊松方程的迭代求解来计算整个DCI才能得到单个纹理值，而我们使用格林方程对DCI扩散过程进行公式化的显式表达，能直接计算得到任意点的纹理值，支持纹理的随机读取，并能保持DCI的紧凑性和分辨率无关性。此外，该公式在任意矩形区域内（如纹理区域）存在封闭形式的解，有利于进行快速的反走样绘制。结果表明该方法能在GPU上实时绘制反走样的Diffusion curve纹理，可有效地生成含有丰富细节的控制曲线和颜色变化的高质量结果。　　 ⑶提出了一种紧凑的层次图像表达，以快速绘制二次光线景深效果。迄今，在实时及交互式景深绘制方法中，还很少关注二次光线的景深效果，因为相比于主光线，二次光线的共享性内容较少，很难处理。我们提出使用正多面体和K-means对二次光线进行聚类，并在每个聚类中，对可能与此聚类二次光线相交的物体，使用虚拟视点生成紧凑的层次图像表达。由此，加速处理景深绘制中的二次光线。结果表明该方法能在通用图形卡上交互式地生成二次光线上的景深绘制效果，极大地增强了场景的真实感。　　 ⑷提出了一种新的基于蓝噪属性的线段采样表达，以提高绘制的质量。该方法研究如何生成具有较好分布的线段采样表达，以有效地减少绘制结果中的抖动及走样瑕疵，并对线段采样进行了频率分析。分析显示线段采样的频谱等价于点采样的加权频谱。该权重会导致各向异性，且此各向异性可在点采样、线段采样和线采样之间根据采样的长度进行平滑改变。因此，线段采样可在相同采样率的噪声（点采样）和走样（线采样）之间进行平衡。基于此分析，该方法提出了新的基于蓝噪属性的线段采样表达，极大地减少了在重构结果中的噪声和走样瑕疵。结果表明该采样表达能提升景深、运动模糊及时域光场重构等效果的绘制质量。