随着图形学技术的发展以及计算机运算能力的提升,真实感渲染技术在影视动漫、视频游戏、模拟仿真等领域的应用越来越广泛。具有高度真实感的材质在整个渲染过程中具有重要作用,目前像PRman、Arnold等主流的电影级商业渲染器都具有自己的材质系统,艺术家通过组合各种材质并调节它们的参数,就可以使用这些渲染器渲染出照片级真实感的图片,最终这些令人震撼的画面制作成电影呈现给了观众。商业渲染器提供的材质可以分为两类,其中可用于模拟玻璃、塑料、不锈钢等硬质表面的基本材质因为实现难度低且发展较早已经日趋成熟,而像皮肤这种特殊的具有次表面散射特点的材质因为实现难度高且发展起步晚一直是衡量一个真实感渲染器优劣的重要因素。另一方面,因为所有非传导的有机体都具有次表面散射特性,所以这种材质在影视和游戏中的应用非常广泛。使用纯物理模拟的次表面散射材质因为收敛速度太慢而无法实际应用,然后近似模拟的次表面散射材质便应运而生。但这些近似方法各有优缺点,有的渲染速度快但是流程复杂效果一般,有的流程简单效果一流但是渲染速度较慢,而目前关于实时次表面散射的研究很少,徐昆提出的方法只能适用于物体的光照环境不变的情形。本文深入研究了两种不同的次表面散射算法,并以renderman规范渲染器为平台,就如何在该类渲染器下实现次表面散射材质进行了深入研究,最终给出一套完整实现,并对实验结果进行了对比和分析。然后,结合前面方法,提出了一种基于GPU的实时次表面散射算法,该方法分为两步,第一步利用BSSRDF的重要性采样方法得到每个着色点所依赖的采样点纹理坐标,并将它们存入贴图中,第二步计算每个着色点时,根据上一步得到的纹理坐标将物体表面的直接光照进行融合即得到着色点颜色。本文的主要工作有：1,研究基于点云的快速分层次表面散射,对在REYES架构渲染器中实现该方法时的点云分布进行优化,结合多层次表面散射算法,提出了一种带有表面粗糙度的快速分层次表面散射算法,可以模拟光滑的玉石。2,提出了一种在renderman规范渲染器中实现基于BSSRDF重要性采样次表面散射算法的方法,提出了一种简单高效的BVH树构建方法用于光线与场景求交,并对之前渲染器中射线与四边形求交算法进行改进。3,提出了一种通过将BSSRDF的重要性采样点预计算并存入贴图的方式实现基于GPU的实时次表面散射的算法,该方法首次允许物体的光照环境可以实时改变。