光学成像效果是与光学镜头成像特性相关的一类光学效果，常见的包括景深、渐晕、光学像差、散景、眩光等效果，在计算机生成的图像中加入这些效果可以增强图像的真实感和逼真度。本文的研究工作主要致力于解决在计算机合成图像中加入复杂的真实感的光学成像效果这一问题，以增强图像的真实感和逼真度。具体工作包括：　　 1)针对现有光学镜头模型精度不高的问题，提出一个更加精确的光学镜头模型。该模型通过建立镜头表面模型和色散模型，以对各种复杂的物理镜头进行精确建模，再结合镜头内的光线追踪模型，即可对物理镜头的各种光学成像特性进行精确模拟。为了增强模型的实用性，结合镜头设计原理和摄影原理，提出多个镜头光学特性模型以控制模型的光学成像性能，并引入一个或多个相应的镜头参数以控制每个镜头特性，因而使用者无需掌握太多与镜头相关的光学知识，即可通过调节该模型的参数完成各种光学成像效果的模拟。　　 2)针对现有方法绘制的散景效果真实感较差的问题，提出一种基于光阑的散景效果真实感绘制方法。该方法以光线传播的折射定律为基础，利用序列光线追踪方法对光学镜头的光学成像特性进行精确建模；对光学镜头的内部结构进行精确模拟，包括孔径光阑和渐晕光阑，以绘制出由孔径形状和渐晕共同作用的散景效果；利用几何光学理论和序列光线追踪方法精确计算出出射光瞳的位置和大小，以辅助光线采样，提高光线追踪效率。　　 3)提出一种基于单色像差的散景效果真实感绘制方法，该方法基于真实感的光学镜头模型和分布式光线追踪算法。首先从光学理论上对散景和光学像差的关系进行了分析，包括四种像差，即球差、慧差、像散和场曲。在此基础上，引入一个基于物理的光学镜头模型以精确建模光学像差，该模型以详细的镜头描述作为输入。利用镜头内的光线追踪算法计算出入射光瞳和出射光瞳的的位置和直径，以实现高效的光线采样。为了与双向光线追踪算法进行集成，提出了一种通用的序列光线追踪算法。　　 4)提出一种基于色差的散景效果真实感绘制方法，该方法采用精确的光谱光学镜头模型和高效的光谱绘制技术。首先从光学理论上分析复杂物理镜头的色差对散景效果的影响；在此基础上，引入一个精确的光谱镜头模型以精确建模镜头色差，同时提出一种镜头内的色散光线追踪算法，以与双向光线追踪算法进行集成；提出一种简单高效的光谱采样技术以支持镜头色散的建模，同时对双向光线追踪算进行改进以集成所提的光谱镜头模型。　　 5)提出一种新方法以精确模拟不同视觉条件下的人眼视觉图像，该方法采用一个精确的人眼模型，以模拟人眼的解剖学和光学特性；该模型包括Navarro示意眼模型和相应的调节模型组成，这两个模型共同用于模拟人眼可变的折射能力；最后的绘制实验利用分布式光线追踪技术合成出多种真实感的人眼视觉效果。