Смоделировать реалистичное освещение в сцене очень сложно, ведь в реальности каждый луч света неоднократно преломляется и отражается от поверхностей, причем число этих отражений может быть бесконечным. А вот в трехмерной графике число отражений будет зависеть от расчетных возможностей, а изображение, которое мы получим в итоге, будет лишь на некоторую часть приближено к реальности.
Алгоритмы освещения делятся на две модели: локальное или прямое освещение и освещение глобальное. прямая модель освещения прибегает к расчету прямой освещенности, луч света от источника до первого его пересечения с непрозрачной поверхностью. При этом взаимодействие между собой объектов не учитывается. Несмотря на то, что эта модель зачастую это компенсирует прибавление еще и фотонного освещения, она все равносильно упрощает освещение от всех косвенных источников света, которое задает и цвет, и интенсивность объектов при отсутствии прямого источника света. Любая поверхность для того, чтобы стать видимой, должна быть напрямую освещена источником света. Для достижения реалистичности этого очень недостаточно, потому что помимо основного освещения должно быть и вторичное, которое будет представлено в виде отражения лучей от других поверхностей. В реальном мире лучи отражаются от поверхностей далеко не один раз, ведь лучи света, пронимаемые через окно, не могут напрямую достичь всех поверхностей, полное освещение комнаты осуществляется с помощью отражения. Чем сильнее источник света, тем больше раз отразятся от поверхности его лучи.
В глобальной же модели освещения освещение рассчитывается с учетом того, как объекты влияют друг на друга. Тут учитывается и многократное отражение лучей, и их преломление, поверхностное рассеивание и клаустика. такая модель позволяет получить более реалистичную картину, но при этом она очень усложняет процесс, потому что требует намного больше ресурсов. Существует несколько алгоритмов глобального освещения, но мы рассмотрим только расчет непрямого освещения и расчет освещения на основе фотонов. Конечно же, есть и более простые методы симуляции непрямого освещения, но они достаточно далеки от настоящего алгоритма глобального освещения.
Алгоритм расчета непрямого освещения — это процесс расчета отражений вторичных лучей от одной поверхности к другой и от окружающей среды к объектам. Лучи от источника трассируются пока их сила, не станет ниже определенного уровня, или же отражения не достигнут определенного значения. Эта техника обычно используется перед визуализацией, а ее результаты можно использовать и для реального времени. Основные идеи данного алгоритма базируются на физике теплового переноса.
Метод фотонных карт — это еще один алгоритм расчета освещения, который основывается на трассировке лучей света и используется для взаимодействия света с объектами сцены. Алгоритм рассчитывает вторичное отражение лучей, преломление их через прозрачные поверхности и рассеивание света. Фотонные карты могут использоваться и в дальнейшем, они сохраняются на диске, чтобы не рассчитывать для каждого кадра снова.