虚拟样机技术相比传统的物理样机能在保证产品质量的基本前提下,降低开发成本、缩短研发周期。虚拟样机技术发展到现在,已经经历了分析型虚拟样机技术研究阶段,进入到了沉浸式虚拟样机研究阶段,结合虚拟现实的相关技术进行沉浸式虚拟样机研发已经是虚拟样机未来发展的主要方向。渲染技术是虚拟现实技术中的一个重要方面,渲染效果真实感能直接影响到沉浸式交互的体验效果。而全局光照技术作为渲染技术中的重要部分,在使用光栅化的方法进行全局光照渲染这一方向上已经发展得相当成熟了。光栅化的渲染方式能进行快速的全局光照渲染,但是这都是以牺牲部分渲染效果作为代价。光线跟踪技术能取得更好的渲染效果,其理论的发展也已经很成熟,但是存在计算量太多的缺点,因此应用相对较少。随着并行计算硬件以及理论的发展,使用并行硬件如GPU等加速光线跟踪的计算已经成为主流发展趋势。论文总结和分析了光线跟踪理论和异构计算技术的理论体系,并结合OpenGL的相关技术,设计出了一套基于GPU异构计算平台的光线跟踪技术加速方案。整个加速方案主要分为三个阶段:并行排序、并行构建KD-Tree和并行遍历KD-Tree进行像素级渲染。并行排序替代传统SBIN算法在构树之前一次性采用双调排序方法在并行环境中得到场景三角面片AABB有序数组,而不用在每次节点划分时更新三角面片的相对位置。并行构树阶段采用SAH策略的节点划分方式,并使用改进的模拟退火方法和粒子群算法对构树过程进行加速。并行渲染阶段,使用堆栈进行KD-Tree的遍历,并且同时跟踪多条光线来加速渲染过程。此外,本文还根据设计方案搭建了相关实验平台,比较了多种实验方案的实验结果,验证了论文所研究的关键技术的可行性。