虚拟环境中采用自然光影可以有力地增强真实感，但是大多数算法难以实时运行。本文针对大规模虚拟现实系统平台的需求，研究其中自然光影的快速绘制方法，关键点在于满足实时性的前提下提高模拟的真实感。　　 本文首先分析了阴影体和阴影图两种主要阴影绘制方法，它们分别考虑了物体空间和图像空间各自的特点，文中重点研究了以这两类方法为基础，并把二者进行有机结合的自然光影构建和绘制方法。为了快速模拟由散射形成的自然光束产生的光照和阴影现象，本文提出了基于深度图的光束体优化构建和加速实时绘制。首先把阴影体视作特殊的光束体参与计算，实现光束被物体遮挡的光照与阴影交错的计算：其次利用深度图在GPU中消除重叠的阴影体，降低填充率，优化复杂场景中多个阴影体与光束体相交情况的绘制效果。该方法实现了多个动态光源产生的自然光束照射效果，并能够添加大气中因散射可见尘埃的模拟，进一步增强真实感。　　 本文进一步研究了水下的自然光束效果。通过利用GPU加速及根据视线变化自适应的构建光束体以优化散射计算，可以快速绘制水下散射光束，并和水面模型、水体、焦散等结合起来搭建一个完整的水下虚拟现实环境。由于天空环境光也是虚拟环境中自然光照的重要组成部分，本文亦分别研究和实现了天空光、云彩、太阳光晕的实时绘制。　　 以上各种自然光照方法整合到虚拟现实环境中，既增加了整个场景的真实感，使用户更容易沉浸其中，又具有实时性，用户可以流畅的与系统交互。