镜头成像效果是光线穿越相机镜头的复杂镜片阵列时产生的一系列特殊光学效果，如景深、散景、像差、重影等。在计算机生成的图像中增加镜头成像效果可以增强图像的真实感和逼真度。镜头成像效果在电影、动漫、游戏、广告等领域得到了广泛应用。本文针对镜头成像效果的光子映射真实感绘制展开研究，具有重要的理论意义和实际应用价值。　　本文在全面调研和分析本领域国内外研究现状的基础上，发现传统的镜头成像效果绘制方法还存在光线通过率低、光传输计算的开销过大、绘制速度慢、难以处理复杂光照场景等问题，针对这些问题，本论文的研究工作和创新性贡献如下:　　(1)针对透镜阵列模型绘制透射光路的镜头成像效果存在的光线通过率低的问题，提出了适用于光子映射的自适应相机光线构造方法。该方法建立了基于光子映射绘制镜头成像效果的框架，定义了采样相机光线的目标函数，利用自适应马尔科夫链采样和基于链间状态交换的采样来构造相机光线，该方法能够提高相机光线的通过率，进而提高镜头成像效果的绘制效率。　　(2)针对光线追踪绘制镜头重影效果存在的光线通过率低、绘制速度慢的问题，提出基于渐进光子发射绘制镜头重影效果的方法。该方法在精确的透镜阵列模型之上，构建了孔径光阑、防反射镀膜以及镜片色散的模型。预计算相机镜头的有效前瞳，利用有效前瞳构造初始光路，提高了光子光线的通过率。设计了稀疏光子追踪方法，降低光子追踪的计算开销。该方法能够高效地绘制真实感较强的镜头重影效果。　　(3)针对透镜阵列模型内部的光线传输计算开销大的问题，提出一种基于神经网络的相机镜头模型。相机镜头的成像映射关系被形式化为成像回归函数，该模型从光线样本数据学习成像回归函数的特征;利用KD树分割入射光场空间，再对局部连贯的子空间构建局部模型。该模型避免了镜头内部的光线传输计算，支持绘制多种高精度的镜头成像效果。　　(4)针对难以建模宽视场相机镜头的问题，提出一种基于稀疏多项式系统的相机镜头模型。模型的构建采用自底向上的自适应方法，减少了构建过程考虑的候选状态数，缩短了构建多项式系统的时间;镜头前透镜的光线方向采用球面参数化方法，支持模拟宽视场相机镜头;设计了基于线段光瞳构造相机光线的方法，提高了光线的通过率;构造了新的蒙特卡洛估计器，支持传统的蒙特卡洛绘制方法。　　(5)针对光子映射绘制复杂可见性布局场景存在的光子分布质量差、绘制误差下降慢的问题，提出一种自适应光子追踪方法。该方法从场景提取光源、相机镜头、物体布局三方面的信息，融合这些信息构建指导光子发射的目标函数，自适应地构造光子路径，引导光子抵达相机镜头可见的重要区域。与现有方法相比，该方法能够有效地优化场景的光子分布，进而提高绘制效率。