3D渲染是3D計算機圖形處理轉換的3D模型到2D圖像一個上計算機。3D渲染可以包括逼真效果還是非真實感風格。

渲染是從準備好的場景中創建實際2D圖像或動畫的最終過程。這可以與現實生活中的設置完成后拍照或拍攝場景進行比較。已經開發了幾種不同且通常是專門的渲染方法。這些范圍從明顯不真實的線框渲染到基于多邊形的渲染，再到更高級的技術，例如：掃描線渲染、光線追蹤或光能傳遞。對于單個圖像/幀，渲染可能需要幾分之一秒到幾天的時間。一般來說，不同的方法更適合照片級渲染或實時渲染.

交互式媒體（例如游戲和模擬）的渲染以大約每秒20到120幀的速率實時計算和顯示。在實時渲染中，目標是盡可能多地顯示眼睛可以在幾分之一秒內處理的信息（也就是“在一幀中”：在每秒30幀的動畫的情況下，一幀包含30分之一秒）。

主要目標是以可接受的最低渲染速度（通常為每秒24幀，因為這是人眼成功創建運動錯覺所需的最低速度）實現盡可能高的照片級真實感。事實上，可以在眼睛“感知”世界的方式上進行剝削，因此，最終呈現的圖像不一定是真實世界的圖像，而是接近人眼所能承受的圖像。

渲染軟件可以模擬鏡頭光暈、景深或運動模糊等視覺效果。這些嘗試模擬由相機和人眼的光學特性產生的視覺現象。這些效果可以為場景增添真實感，即使效果只是相機的模擬人工制品。這是游戲、交互式世界和VRML中采用的基本方法。

計算機處理能力的快速提升使得即使對于實時渲染（包括HDR渲染等技術）也具有越來越高的真實感。實時渲染通常是多邊形的，并由計算機的GPU輔助。

非交互式媒體（例如故事片和視頻）的動畫可能需要更多時間來渲染。非實時渲染可以利用有限的處理能力來獲得更高的圖像質量。對于復雜場景，單個幀的渲染時間可能從幾秒到幾天不等。渲染的幀存儲在硬盤上，然后傳輸到其他媒體，如電影膠片或光盤。然后以高幀速率（通常為每秒24、25或30幀(fps)）順序顯示這些幀，以實現運動錯覺。

當目標是照片真實感時，會采用光線追蹤、路徑追蹤、光子映射或光能傳遞等技術。這是數字媒體和藝術作品中采用的基本方法。已經開發出用于模擬其他自然發生效應的技術，例如光與各種形式的物質的相互作用。此類技術的示例包括粒子系統（可以模擬雨、煙或火）、體積采樣（模擬霧、灰塵和其他空間大氣效果）、焦散（模擬光通過不均勻的光折射表面聚焦，例如在游泳池底部看到的光波紋）和次表面散射（模擬光在固體物體的體積內反射，例如人體皮膚）。

考慮到被模擬的物理過程復雜多樣，渲染過程的計算成本很高。多年來，計算機處理能力迅速提高，從而實現了更高程度的逼真渲染。制作計算機生成動畫的電影制片廠通常使用渲染農場及時生成圖像。然而，考慮到使用渲染農場所涉及的成本，硬件成本的下降意味著完全有可能在家用計算機系統上創建少量的3D動畫。渲染器的輸出通常僅用作完整電影場景的一小部分。可以使用合成將許多層材料單獨渲染并集成到最終鏡頭中軟件。

反射/散射和陰影模型用于描述表面的外觀。盡管這些問題本身似乎都是問題，但它們幾乎完全是在渲染的背景下研究的。現代3D計算機圖形嚴重依賴于稱為Phong反射模型的簡化反射模型（不要與Phong著色混淆）。在光的折射中，一個重要的概念是折射率；在大多數3D編程實現中，該值的術語是“折射率”（通常縮寫為IOR）。

著色可以分解為兩種不同的技術，它們通常是獨立研究的：

• 表面著色-光如何在表面上傳播（主要用于視頻游戲中實時3D渲染的掃描線渲染）
• 反射/散射-光如何在給定點與表面相互作用（主要用于光線追蹤渲染，用于CGI靜止3D圖像和CGI??非交互式3D動畫中的非實時逼真和藝術3D渲染）

3D計算機圖形中流行的表面著色算法包括：

• 平面著色：一種根據多邊形的“法線”以及光源的位置和強度對對象的每個多邊形進行著色的技術
• Gouraudshading：由H.Gouraud于1971年發明；一種快速且注重資源的頂點著色技術，用于模擬平滑著色的表面
• Phongshading：BuiTuongPhong發明；用于模擬鏡面高光和平滑的陰影表面

反射或散射是給定點的入射和出射照明之間的關系。散射的描述通常根據雙向散射分布函數或BSDF給出。

著色處理不同類型的散射如何分布在表面上（即，哪個散射函數應用于何處）。此類描述通常使用稱為著色器的程序來表示。著色的一個簡單示例是紋理映射，它使用圖像指定表面上每個點的漫反射顏色，使其具有更明顯的細節。

一些著色技術包括：

• 凹凸貼圖：由JimBlinn發明，一種用于模擬皺紋表面的法線擾動技術。
• Celshading：一種用于模仿手繪動畫外觀的技術。

傳輸描述了場景中的照明如何從一個地方到達另一個地方。能見度是光傳輸的主要組成部分。

陰影的三維物體必須被展平，這樣顯示設備——即xxx器——只能以二維方式顯示它，這個過程稱為3D投影。這是使用投影完成的，對于大多數應用程序，使用透視投影。透視投影背后的基本思想是，與離眼睛較近的物體相比，距離較遠的物體變小。程序通過將膨脹常數乘以與觀察者的距離的負數次方來產生透視圖。膨脹常數為1意味著沒有透視。高膨脹常數會導致“魚眼”效應，其中開始出現圖像失真。正射投影主要用于CAD或科學建模需要精確測量和保存三維的CAM應用程序。

渲染引擎可以一起使用或與3D建模軟件集成，但也有獨立的軟件。一些渲染引擎與多種3D軟件兼容，而有些則是一種獨有的。