Oświetlenie

W grafice 3D wierne modelowania rzeczywistego oświetlenia w dużej mierze stanowi o fotorealizmie danej sceny. Rozróżnia się dwa główne podejścia do oświetlenia sceny:

oświetlenie lokalne – obliczania związane z rozkładem oświetlenia są wykonywane w zależności od położenia obserwatora; to podejście jest wykorzystywane w ray tracingu ;
oświetlenie globalne – oświetlenie jest liczone dla całej sceny.

Spora część efektów świetlnych (takie jak odblaski, odbicia i załamanie światła) ściśle zależy od położenia obserwatora, natomiast oświetlenie globalne dobrze oddaje subtelne cienie. Dlatego obecnie stosuje się rozwiązania hybrydowe.

źródła światła;
charakterystyka powierzchni obiektów trójwymiarowych ;
interakcja światła z obiektami:
- rzucanie cienia,
- odbicie,
- załamanie,
- rozszczepianie i skupianie światła;
interakcja światła z otoczeniem – światło może być tłumione w ośrodku lub rozpraszane .

Światła mogą być punktowe lub posiadać pewną powierzchnię. Światła punktowe są stosowane częściej, ponieważ ich model matematyczny jest bardzo prosty, ale niestety dają bardzo ostre, nienaturalne cienie. W świecie rzeczywistym promieniują powierzchnie, dając w efekcie miękkie cienie – modelowanie tego rodzaju źródeł światła jest trudniejsze i bardziej kosztowne obliczeniowo.

Światła mogą promieniować w każdym kierunku, ale również model matematyczny światła może nakładać ograniczenia, np. dając efekt podobny światła latarki (w j. ang. zwane spot lights ).

Światła kierunkowe – określa się jedynie kierunek, z którego pada światło; promienie są do siebie równoległe (można w ten sposób symulować np. jaskrawe światło słoneczne).
Światło otoczenia – jest to natężenie światła, jakie "emituje" otoczenie. Założenie, że natężenie jest wszędzie jednakowe rzadko kiedy jest spełnione w rzeczywistym świecie.

Charakterystyka powierzchni

Charakterystyki powierzchni mogą być oparte na fizycznych podstawach (np. cieniowanie Lamberta, Blinna), albo po prostu dobrze przybliżać wygląd niektórych powierzchni (np. cieniowanie Phonga , metaliczne). Charakterystyki opisują jaki procent światła odbitego trafia do oka obserwatora, w zależności od kąta padania światła na powierzchnię; dodatkowo można określić kolor światła odbitego.

Poza wybraniem charakterystyki powierzchni, obiektowi należy przypisać również kolor lub fakturę . W przypadku powierzchni metalicznych można określić współczynnik odbicia światła, a w przypadku obiektów przezroczystych stopień przezroczystości i współczynnik załamania światła.

Global Illumination (oświetlenie globalne) to w grafice 3D model oświetlenia, w którym każdy obiekt na scenie oświetlany jest zarówno przez światło emitowane bezpośrednio ze źródła światła, jak również przez światło odbite od innych obiektów na scenie (w przeciwieństwie do oświetlenia lokalnego, gdzie obiekty oświetlane są wyłącznie bezpośrednio przez źródło światła). Taki model oświetlenia wymaga zastosowania algorytmów, które są znacznie wolniejsze niż algorytmy oświetlenia lokalnego, jednak pozwala uzyskać znacznie większy stopień realizmu. Przykładowe algorytmy (techniki renderingu) realizujące oświetlenie globalne to mapowanie fotonowe , path tracing, radiosity , Metropolis Light Transport.