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  影象初步建立(通常使用網格骨架構建,建模(英語:3D modeling))之後,就要進行渲染了。渲染將會在上面新增點陣圖紋理或者程式紋理、照明、凸凹紋理對映以及相對於其它物體的位置。得到的結果就是消費者或者觀察者所能看到的完整影象。  對於電影動畫來說,需要渲染幾幅或幾幀影象,並且將這些影象在動畫製作程式中將它們連結在一起。大多數的三維影象編輯程式都能夠完成這項工作。

  渲染的影象有許多顯著的特性,渲染研究的領域,也主要集中在尋找:高效模擬這些特性的方法。有些特性只與特定的演算法有關,有些卻與多個演算法相關。

  研究人員已經研究出了許多渲染演算法,渲染軟體可以使用多種不同的技術,以生成最終影象。  對場景中的每束光線進行跟蹤不太現實,並且需要耗費大得驚人的時間。如果沒有采樣進行很好的約束,即使是一部分光線的跟蹤以生成影象也需要非常大量的時間。  所以,大致可以分為四類的更加高效的光線傳輸模型技術就應運而生。第一類是柵格化,包括掃描線渲染,這種方法考慮場景中的物體並將它們投影一幅影象,但是缺乏一些高階的視覺效果;第二類是光線投射,將場景從不同視角觀察,只根據幾何與反射強度的基本光學原理計算觀察到的影象,也可能使用蒙特·卡羅方法減少人為噪聲;第三類是輻射著色,使用有限元分析方法模擬光線在表面的散射;第四類是光線跟蹤,類似於光線投射,但是使用了更加先進的光學模擬方法,並且通常使用蒙特·卡羅方法以實現更加真實的結果,但是這樣做的代價通常是速度的大幅度降低。  大多數高階軟體使用多種技術的組合,以在合理的開銷範圍內,實現足夠好的結果。

  影象的高層次表示有必要包含與畫素不同的元素,這些元素稱為基元。例如,在示意圖中線段與曲線是基元;在圖形使用者介面中,視窗與按鈕是基元;在三維渲染中,三角形與空間多邊形是基元。  在畫素到畫素渲染速度很慢無法實現的任務中,基元到基元的實現方法可能就能派上用場。在這種方法中,迴圈遍歷每個基元確定它將影響影象中的哪個畫素,然後相應地修改那個畫素。這種方法稱為柵格化,這是當今所有圖形卡都用的渲染方法。  柵格化經常要比畫素到畫素的渲染速度快。首先,影象中的大塊區域可能根本沒有基元,柵格化就可以忽略這些區域,而畫素到畫素的渲染方法卻必須遍歷這些區域;其次,柵格化可以提高快取一致性並且可以利用影象中同一個基元佔據的畫素通常是連續的這樣一個事實從而減少冗餘操作。正是由於這些原因,柵格化通常是需要互動式渲染的場合選擇的一種方法,但是畫素到畫素的實現方法經常可以生成更高質量的影象,同時由於沒有柵格化那麼多的前提條件所以更加通用。  柵格化有兩種主要的形式,不僅整個表面或者基元進行渲染,而且表面頂點全部進行渲染,以及用相鄰頂點簡單顏色混合來渲染位於頂點之間的表面上的畫素,由於這種方法不使用複雜的紋理實現影象連續,所以這種方法已經取代了較舊的柵格化方法,並且由於簡單的紋理可以節省記憶體空間,所以通過使用圖形卡的已經繁重的濃淡效果處理功能仍然可以得到更好的效能。舊的方法如果不使用複雜的紋理就會在影象逐個表面覆蓋紋理的時候形成塊狀效應,並且由於畫素之間沒有顏色漸變所以表面看起來也不光滑。有些情況下設計人員在某些表面上使用柵格化的方法,而根據其它表面相對於其它相交表面的角度使用其它的方法,這樣一方面可以提高處理速度,另外也仍然可以保證整體效果。

  光線投射主要用於如三維電腦遊戲以及動畫等實時模擬場合,在這些場合下,細節並不太重要或者是通過人為製造細節可以得到更好的計算效率。通常在需要多幀影象生成動畫時就會出現這種情況。如果不使用其它的技巧,這種方法得到的物體表面通常看起來比較扁平,就好像場景中的物體都是經過光滑處理的糙面。  建好的幾何模型從外部觀察點逐點、逐線進行分析,就如同是從觀察點投射出光線一樣。當光線與物體交叉的時候,交叉點的顏色可以用幾種不同的方法來計算。其中最簡單的方法是用交叉點處物體的顏色表示該點的實際顏色;也可以用紋理對映的方法來確定;一種更加複雜的方法是僅僅根據照明因數變更顏色值,而無需考慮與模擬光源的關係。為了減少人為誤差,可以對多條相鄰方向的光線進行平均。  另外也可以對光的特性進行大致的模擬:簡單計算從物體到觀察點的光線。另外的一些計算涉及到從光源到物體的入射角,以及根據光源的強度計算畫素的亮度值。此外還有一些模擬使用輻射著色演算法繪製的照明結果,或者使用這兩種資訊的組合。

  輻射著色是模擬反射光線如何反射到其它表面以及如何照亮周圍環境的方法。這種方法可以生成較為真實的濃淡效果,並且更加易於捕捉室內場景的環境光。一個經典的例子就是牆角處陰影的樣子。  這種模擬的光學基礎是特定物體表面某一點的漫反射的光線散佈在在很大的方向範圍內並且會照亮周圍的環境。  各種模擬技術的複雜性可能會有所不同。許多渲染方法所用的輻射著色模型都非常原始,它們只是簡單地根據環境因數變化照亮整個場景。但是當高階的輻射著色與高質量的光線跟蹤演算法組合在一起使用的時候,它們能夠生成相當真實的影象,尤其是對於室內場景更是這樣。  在高階的輻射著色模擬中,遞迴的有限元分析演算法不斷地將光線在模型表面之間來回反射,直到達到一定的遞迴條件為止。這樣一個表面的色彩就會影響其它相鄰表面的色彩,反之亦然。整個模型(有時也包括空白空間)的照明結果儲存起來,在光線投射或者光線跟蹤模型中作為輸入使用。  由於這項技術的遞迴特性,所以對於複雜物體的模擬速度非常緩慢。一些先進的輻射著色計算方法可能只計算房間中從牆面、地板與房頂反射的環境光,而並不計算複雜物體反光對於輻射著色的影響,或者在輻射著色計算中使用使用同樣尺寸及紋理的簡單物體取代複雜物體。  如果場景中需要重排的輻射著色物體很少,那麼可以在多幀畫面中重複使用同樣的輻射著色資料,這樣就使得輻射著色一方面可以改進光線投射中的扁平效果,另外一方面每幀的渲染時間也不會受到很大的影響。  正因為如此,輻射著色已經成為領先的實時渲染方法,並且已經用於最近大量著名的長篇三維動畫電影從頭到尾的製作過程。

  光線跟蹤是與掃描線渲染和光線投射開發的同樣技術的延伸,同那些方法一樣,它可以很好地處理複雜物體,並且也可以用數學方法描述物體。與掃描線渲染和光線投射不同的是,光線跟蹤幾乎是一項蒙特·卡羅方法,蒙特·卡羅方法是一項基於從模型中隨機得到的一組取樣進行平均的技術。  在這種方法中,取樣是假想的從場景物體發出與觀察點相交的光線。在重點考慮陰影、折射與反射等需要複雜精確渲染的場合這種方法就可以派上用場。  在最終要求產品質量渲染效果的光線跟蹤中,通常每個畫素都要多條光線,並且不僅僅跟蹤到第一次相交,而是需要按照“入射角等於反射角”這樣的光學定律以及更加高階的處理折射與粗糙表面反射的定律處理多次連續反射。  一旦光線遇到光源或者更可能出現的是光線反射次數已經達到設定的限制,那麼最終點的表面照明就通過上面的方法確定下來,並且經過多次反射發生的變化也可以用來估計在觀察點看到的亮度。每個取樣點、每個畫素都要重複這個過程。  在有些場合中每個交點可能生成多條光線。  作為一種非常有效的方法,光線跟蹤的實時處理速度太慢,直到最近也沒有在任何要求質量的短片電影中獲得應用,儘管它已經開始在一些特殊效果要求的場合開始使用,如在需要高質量甚至是Photorealistic的指令碼片斷的廣告中開始使用。  但是,降低不需要高質量細節部分的或者與光線跟蹤特性無關部分的計算量的努力已經使得光線跟蹤的應用更加廣泛。目前已經出現了一些至少已經處於原型階段硬體加速的光線跟蹤裝置,在一些遊戲演示中也有實時軟體或者硬體光線跟蹤的應用。

  

  由於所需計算量非常大,一項逐步進行的工作的細節渲染通常對應於當時工作的進度。因此,在建模的開始階段可以使用線框模型或者光線投射進行處理,即使是最終的目標結果是要使用輻射著色的光線跟蹤也可以這麼做。另外也經常只對一部分進行高質量的渲染,而對於當前工作無關緊要的部分剔除出去。

  對於實時渲染來說,適當的做法是簡化一個或者多個共同的近似,將關鍵場景調到正確的引數,並且要將引數調整到能夠獲得最好的效果。  另外還有些一些不太出名的渲染方法,如球諧函式。這些技術由於速度較慢、缺少實用性或者僅僅因為它們還不太完善所以不太出名,或許其中的某些技術能夠提供一些新的解決方案。

  不管系統採用哪種渲染方法,都必須解決取樣問題。本質上來講,渲染過程試圖用有限數目的畫素將影象空間的連續函式表現成顏色。根據取樣定理的結論,掃描頻率必須是點速(dot rate)的兩倍,點速與影象解析度成正比。用簡單的話來說就是影象不能顯示小於一個畫素的細節。  如果使用一個未經驗證的渲染演算法,那麼影象函式中的高頻成分將會導致最終影象中出現難看的混疊現象。混疊現象通常表現為鋸齒圖或者是可見畫素柵格處的鋸齒邊。為了去除混疊現象,所有的渲染演算法如果想要生成好看的影象的話都必須對影象函式進行濾波以去除高頻成分,這個過程叫作抗混疊。

  電影渲染通常在一個緊密相連的計算機組成的網路渲染叢集(render farm)。  當今用於電影製作三維影象描述發展水平代表是Pixar設計的RenderMan 場景描述語言。它與VRML這樣較簡單的三維檔案格式或者是經過修改專門用於三維硬體加速的OpenGL以及DirectX等應用程式程式設計介面(英語:Application programming interface)有所不同。  電影渲染軟體包括:

  真實感渲染的實現都是某種程度的物理模擬 —一些計算都是真實物理過程的模擬或抽象。  “基於物理”這個術語表示是使用在渲染領域之外也被廣泛接受的物理模型或者近似,在渲染領域逐漸建立起了相關的特殊技術。  這些物理基本概念都相當直白,但是卻難於以少數的計算,得到精確且完整的結果;一個非常優秀的演算法或者實現方法對於更加通用的渲染目的來說卻可能難以理解。為了滿足健壯、精確及實用的要求,實現方法都必須是多項不同技術的複雜組合。  渲染研究工作主要集中在科學模型的改進及其高效應用。

  渲染方程是渲染中的一個核心理論概念,它是渲染不可感知方面的最抽象的正式表示,所有更加完善的演算法都可以看作這個方程特殊形式的解。 含義是:在一個特定的位置與方向,出射光L)是發射光L與反射光之和。反射光是所有方向入射光之和L乘以表面反射率及入射角。通過交叉點,這個方程將入射光與出射光聯絡在一起,它代表了場景中完整的光線傳輸即光線的所有運動。

  雙向反射分佈函式(BRDF)描述了一個光線與物體表面相互作用的簡單模型:  光線相互作用通常用更加簡單的模型進行近似:漫反射與鏡面反射。這兩種都可以是雙向反射函式。

  實際上渲染是完全關於光物理粒子性方面研究的技術,即幾何光學。將光在本質上看作跳動的光子這種簡化是合適的:在大多數場合下,光的波動性是可以忽略的,並且也非常難於模擬。著名的光波動現象有衍射,如CD以及DVD上的顏色,以及如LCD上看到的極化現象。如果這兩種型別的效果,通常對反射模型進行鍼對錶現效果的調整。

  儘管很少受到關注,但是對於人類視覺的理解對於渲染來說非常重要,這是因為影象顯示與人類視覺都有一定的約束範圍。渲染工具幾乎可以模擬無限範圍的亮度與顏色,但是電影、顯示器等當今的顯示裝置都不能處理這麼大的範圍,通常都需要壓縮甚至捨棄一部分資訊。人類視覺也有類似的限制,因此不需要為了真實感而使用很大範圍的影象。視覺研究可以幫助解決將影象用顯示器顯示的問題,以及建議渲染中使用哪些捷徑,一些細微的資訊是無法感知的。這個相關的主題是色調對映。  在渲染中使用的數學基礎有:線性代數、微積分、數值分析、數字訊號處理以及蒙特·卡羅方法。
渲染(英語:render,或稱為繪製)在電腦繪圖中,是指以軟體由模型生成影象的過程。模型是用語言或者資料結構進行嚴格定義的三維物體或虛擬場景的描述,它包括幾何、視點、紋理、照明和陰影等資訊。影象是數字影象或者點陣圖影象。彩現用於描述:計算視訊編輯軟體中的效果,以生成最終視訊的輸出過程。