На этом этапе математическая( векторная) пространственная модель превращается в плоскую( растровую) картинку. Если требуется создать фильм, то рендерится последовательность таких картинок— кадров. Как структура данных, изображение на экране представлено матрицей точек, где каждая точка определена, по крайней мере, тремя числами: интенсивностью красного, синего и зелёного цвета. Таким образом рендеринг преобразует трёхмерную векторную структуру данных в плоскую матрицу пикселов. Этот шаг часто требует очень сложных вычислений, особенно если требуется создать иллюзию реальности. Самый простой вид рендеринга— это построить контуры моделей на экране компьютера с помощью проекции, как показано выше. Обычно этого недостаточно, и нужно создать иллюзию материалов, из которых изготовлены объекты, а также рассчитать искажения этих объектов за счёт прозрачных сред( например, жидкости в стакане).
Существует несколько технологий рендеринга, часто комбинируемых вместе. Например: Z-буфер( используется в OpenGL и DirectX 10);
Сканлайн( scanline)— он же Ray casting(« бросание луча », упрощенный алгоритм обратной трассировки лучей)— расчёт цвета каждой точки картинки построением луча из точки зрения наблюдателя через воображаемое отверстие в экране на месте этого пиксела « в сцену » до пересечения с первой поверхностью. Цвет пиксела будет таким же, как цвет этой поверхности( иногда с учётом освещения и т. д.);
Трассировка лучей( рейтрейсинг, англ. raytracing)— то же, что и сканлайн, но цвет пиксела уточняется за счёт построения дополнительных лучей( отражённых, преломлённых и т. д.) от точки пересечения луча взгляда. Несмотря на название, применяется только обратная трассировка лучей( то есть как раз от наблюдателя к источнику света), прямая крайне неэффективна и потребляет слишком много ресурсов для получения качественной картинки;
Глобальное освещение( англ. global illumination, radiosity)— расчёт взаимодействия поверхностей и сред в видимом спектре излучения с помощью интегральных уравнений.
Грань между алгоритмами трассировки лучей в настоящее время практически стёрлась. Так, в 3D Studio Max стандартный визуализатор называется Default scanline renderer, но он считает не только вклад диффузного, отражённого и собственного( цвета самосвечения) света, но и сглаженные тени. По этой причине чаще понятие Raycasting относится к обратной трассировке лучей, а Raytracing— к прямой.
Наиболее популярными системами рендеринга являются: PhotoRealistic RenderMan( PRMan); mental ray; V-Ray; FinalRender; Brazil R / S; BusyRay; Turtle; Maxwell Render; Fryrender; Indigo Renderer; LuxRender; YafaRay; POV-Ray.
Вследствие большого объёма однотипных вычислений рендеринг можно разбивать на потоки( распараллеливать). Поэтому для рендеринга весьма актуально использование многопроцессорных систем. В последнее время активно ведётся разработка систем рендеринга, использующих GPU вместо CPU, и уже сегодня их эффективность для таких вычислений намного выше. К таким системам относятся:
Refractive Software Octane Render; AAA studio FurryBall; RandomControl ARION( гибридная); Vray-RT; iray. Многие производители систем рендеринга для CPU также планируют ввести поддержку GPU( LuxRender, YafaRay, mental images iray). Самые передовые достижения и идеи трёхмерной графики( и компьютерной графики вообще) докладываются и обсуждаются на ежегодном симпозиуме SIGGRAPH, традиционно проводимом в США.