回答：

3D 渲染是通过电脑计算的方式把模型从 3D 模型网格呈现出 2D 真实感高的图像，计算过程包含光线及辅助光线，材料的材质和纹理，相机相关设置等综合变量。

3D 渲染的分类：

3D 实时渲染

实时渲染主要应用在游戏领域，电脑会实时的计算和展示所渲染的结果，帧率在 20-120 频率左右。因此需要在帧率一定的情况下最大化的展示真实性。计算机在图像处理的过程中会用到一些”技巧“是肉眼感官为”真实“世界，这些”技巧“都包括镜头光晕(lends flare)，景深(depth of field)和动态模糊(motion blur)。计算机的算力决定了渲染的真实感，通常需要 GPU 来协助完成。

3D 非实时渲染

3D 非实时渲染通常是电影或视频，借助计算机有限的算力，通过延长渲染时间达到更加真实的效果。射线追踪(ray tracing)和辐射度算法(radiosity)是非实时渲染常用的技巧，以达到更加真实的感觉。随着技术的发展，不同种类的物质形式有了更精确的计算技巧，例如粒子系统(模拟雨，烟和火)，容积取样(模拟雾，灰尘)，以及焦散性质和子面散射(subsurface scattering)。渲染过程中不同层的物质是分开计算后合成为一个最终布景。

与渲染相关的光学原理

渲染所做的事情都是为了让结果看起来更像是真实的景象，而真实世界的光和材质都是由物理原理所决定的，因此，渲染中所运用的一些算法，都是为了模拟真实世界的物理原理。

全局照明 (Global Illumination)

除了 3D 布景中的设置的基础照明外，全局照明考虑到不同物质之间反射的光，叠加计算到渲染过程中，使之更加真实。

射线追踪(Ray Tracing)

在渲染过程中，通过相机这个媒介定位到与 3D 布景中物体的关系的。因此「相机」是眼睛的位置。类似现实世界中物体是因为光打到物体上，然后反射到眼睛里，射线追踪是与此反向的倒推过程。由图所示，Camera 发射的光线 View Ray 通过屏幕的像素点(每一个像素点均得到计算)打到 3D 布景的物质 Scene Object 上，通过计算物质的反射指数反推回光源 Light Source , 这样每个像素点都可以得到一个计算结果，以展示所在位置的相关视觉信息。

冯氏着色(Phone Shading)

在光照模型中，主要由三部分组成：环境光(ambient)，漫反射(diffuse)，镜面反射(specular)。不同的材质会根据光的不同而呈现出不同的视觉信息。

其中下标

表示环境光(Ambient Light)，下标

表示漫射光(Diffuse Light)，下标

表示高光(Specular Light)，

表示反射系数或者材质颜色，

表示光的颜色或者亮度，

可以模拟表面粗糙程度，值越小越粗糙，越大越光滑。

物体材质和纹理 (Object Texture)出自Maxwell官网

和渲染相关的物理性质包括液体的稠度，对光的折射度以及反射度，材料本身的厚度，表层的纹理粗糙度等等，这些参数影响了光的走向以及强弱，使计算变得多维。BRDF(双向反射分布函数)就是用于描述入射光和经过物体反射及折射后光的关系。

其中

就是 BRDF，

是入射光方向，

是观察方向，也就是反射光方向。

是表面反射到

方向的反射光的微分辐射率。表面反射到

方向的反射光的辐射率为

，来自于表面上半球所有方向的入射光线的贡献，而微分辐射率

特指来自方向

的入射光贡献的反射辐射率。

是表面上来自入射光方向

的微分辐照度。表面接收到的辐照度为

，来自上半球所有方向的入射光线的贡献，而微分辐照度

特指来自于方向

的入射光。

有的时候，物体会有多层物质(Multi-Layered Material)的叠加，例如汽车的外壳是金属合成物，而表面透明的漆又叠加在金属之上。

摄影相关参数

3D 布景中相机的设置如同现实世界中的摄影，因此和摄影的参数完全一致。根据光的亮度以及想要呈现的效果，来设置这台“相机”。常用的参数包括焦距(Focal Length)感光度  ISO，光圈(Aperture，相关参数设置为 f-stop)和快门速度(Shutter Speed)。这些设置主要由所摄对象决定；例如 3D 渲染的物品为静物(1-5 米内)时，设置为中长焦镜头(80-150mm)以及大光圈以达空间纵深感。如果是室内装修渲染则常用广角镜头(24-50mm)以及小光圈来减少背景虚化。VRay for 3ds Max [6]

图中相机的位置，和物体的关系，以及焦点都在Viewport中有展示；右下角的图是相机拍出来的真实效果。