目前，由于游戏和电影等娱乐产业的发展，计算机图形学的应用越来越深入和广泛。由于人们对于真实感图形绘制品质的不断追求，使得场景复杂度不断增加，场景细节也随之增多，从而对交互式绘制速度的压力也变的越来越大。尤其是在游戏等应用中，绘制速度的对用户的影响甚至比图像质量更为重要。但是如何实时地绘制这些高度复杂场景，以产生电影级别真实感的影像画面，目前仍然是图形学研究中的一个热点难题。经过多年的不懈努力，基于CPU的绘制算法虽然能够生成真实感很强的绘制品质，却仍然难以达到实时的绘制速度要求。针对这一课题，本文着重研究在图形处理器GPU(GraphicsProcessingUnit)上进行真实感图像的快速实时绘制技术。　　 本文算法的主要贡献和创新点在于如下几个方面：　　 1.提出了一种新的基于GPU的深度图像实时绘制流程。该方法利用GPU的并行计算特性，来对深度图像的绘制过程进行加速。推导出一种新的在vertexshader上进行的三维前向映射方法，对输入像素进行并行地前向映射，以提高绘制速度。并利用图形硬件流水线的光栅化功能来高效地进行图像的插值重构，以得到连续无洞的结果图像。在pixelshader上进行逐像素的光照计算，生成高品质的光照效果。实验证明：该方法可以高速地进行满屏绘制，准确地保留物体轮廓信息和正确的遮挡关系。还实现了基于该方法的实时漫游系统，该系统能实时地绘制包含很多个基于柱面深度图像表示的物体场景，并能对其进行视相关的动态LOD操作。　　 2.提出一种基于GPU的更准确的折射绘制算法，可直接绘制基于多边形网格表示的复杂物体的多次折射和全反射现象，还可对冰等透明或半透明物体进行实时模拟。不需要任何预计算，因而能交互式绘制动态可变形物体。该方法通过在正投影空间上进行光线与物体的求交运算，来跟踪光线穿过物体的准确路经(包括折射及全反射路径)，可生成真实感很强的折射及全反射效果。　　 3.提出了一种基于GPU的焦散效果实时绘制算法。可直接绘制动态可变形透明物体在灯光作用下所产生的焦散效果。该方法通过在GPU上跟踪光子穿过透明物体发生两次折射最后打在背景物体上的路径，并根据能量守恒原则，计算光子在背景物体上的能量累积，以计算焦散效果的光亮度分布，从而产生真实感很强的焦散效果图，不需要进行任何后处理或帧间滤波。由于不需要进行任何预计算，所以透明物体和不透明背景物体均可进行任意的动态变形或相互运动，视点和光源也可以作任意的位置移动，而不影响绘制速度。　　 4.提出了一种基于GPU的非线性光束跟踪算法。光束跟踪是被用来绘制线性镜面反射效果(纯平镜面反射)，长期以来一直不能处理非线性效果(如曲面镜面反射或折射，焦散，阴影等)。本文提出非线性光束跟踪来绘制这些广泛存在的非线性效果。由于现代图形硬件是被设计成用来进行线性顶点变换和三角形光栅化的流水线体系结构，所以要在GPU上进行非线性光束跟踪仍很困难。本文利用GPU的可编程性，设计并实现了一种非线性图形处理流水线，进行非线性光束跟踪，允许光束中的所有光线不必平行或交于一点。由于不依赖任何空间加速数据结构，本文方法支持完全动态场景的非线性全局光照效果的高品质实时绘制。