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现实场景中存在大量具有崎岖表面的复杂对象，这些微结构表面将对光线传播产生影响，会表现出细粒度的自阴影、环境光遮挡、间接光照等光照效果。而对于拥有多种漫反射和反射材质物体的复杂场景，各个物体会因各自材质属性的不同而表现出不同的光学效果。因此，描述复杂对象和场景与光线的交互，真实再现这些对象的光学效果，可以使得图像细节更为丰富、细腻，极大地提高绘制效果的逼真性。论文对具有微结构表面的复杂对象和拥有多种漫反射、反射材质物体的复杂场景的实时光学效果绘制展开了研究，并取得了以下成果： （1）给出并实现了一种微结构物体点光源光照实时绘制方法。本文提出一种微结构高度梯度图，并由其构建绘制点的局部最高点集合，自适应地计算环境光遮挡、微结构阴影和一次交互漫反射等入射分量。本文方法可以在使用低精度模型时，表现带有微结构表面的高精度模型的全局光照效果，且适用于动态场景和可变形对象模型全局光照的计算。（2）给出并实现了一种微结构物体面光源光照实时绘制方法。在微结构表面高度梯度图和局部最高点集合的基础上，将原有的预计算小孔算法改进为实时计算，使得微结构表面对象的面光源光照计算达到实时。本文方法可以在使用低精度模型时，表现带有微结构表面的高精度模型的面光源光照效果，且适用于动态场景、可变形对象模型和多色动态面光源的光照效果计算。（3）给出并实现了一种大规模场景反射材质物体实时绘制方法。通过对场景中可见的反射材质物体的顶点数据进行聚类分组，然后分别将每一个聚类分组里的顶点近似拟合成平面，生成原始视点相对于拟合平面的镜像视点，并以此构造相机。最后将每一个相机下所绘制的场景图像通过与反射光线求交的方式映射到对应的反射材质物体表面，得到反射效果。本文方法不需要进行任何的预计算，且支持全动态场景，包括模型可移动、可变形，模型材质可动态变化等。