计算机图形学的一个基本操作是渲染3D物体，例如由很多个几何物体组成的场景或模型，然后再从某一个角度观察3D模型并生成对应的2D图片。从根本上来讲，渲染是输入一些物体并输出一个矩阵的像素，因此渲染要考虑每一个物体是如何影响每一个像素的。通常有两种顺序，分别是以物体为序的渲染(object-order rendering)与以图片为序的渲染(image-order rendering)。其中物体为序指的是遍历每一个物体，考虑每一个物体对所有像素的影响。图片为序指的是遍历每一个像素，考虑每一个像素受所有物体的影响。这两种方法产生的最后结果是类似的，但是他们有一些不同的优点与缺陷，会在第八章进行更多讨论。就一个前瞻而言，图片为序的渲染更容易实现与更改适用范围来产生不同的效果，但是需要消耗更多的运行时间。我们在这里先介绍图片为序渲染的光线追踪算法，相比起物体为序的渲染来讲需要更少的数学工具。

可见此文的3.2部分。流程为根据摄像机的几何属性来计算每个像素光线的起始点和方向，其次寻找在该光线上第一个相交（最近）的物体，最后根据该物体的颜色、法向量和光照等信息计算出像素的颜色。

摄影与计算机图形学很多时候都在处理将三维物体转为二维图片的过程，其中除了会造成扭曲或变形的特殊方法外，我们通常使用线形透视的方法来直接处理。常用的有两种，分别是 -平行投影，即所有点到屏幕的投影方向是一致的,可以保持原物体的大小比例等信息，常用于工程图等 -透视投影，即所有点都投影至一个视点(View Point)，中间取屏幕的一个截面，原理接近于照相机的小孔成像。这个方法的结果与近大远小的人眼观察效果类似. 就透视方法而言可以见各类美术科普，本链接有一个较为直观简单的初步介绍。此外，投影方向和被投影的屏幕之间存在正交的(Orthographic)或者斜的(Oblique)关系。相较美术复杂严谨的透视构图而言，计算机图形学只要在算法上维持透视的正确性就可以很轻松的生成正确透视的二维图像。

可以简单讲射线表示为参数向量的形式，即\(p(t)=e+t(s-e)\)，具体如下。 其中\(e\)为相机的点位置，相机的坐标系可利用上右后的右手坐标系来进行表示\(\{u,v,w\}\)并如后文方法计算出\(s\)。

可以简单让所有视线方向为摄像机的正面方向，即\(-w=s-e\)。接下来在摄像机处构成一个\((u,v)\)垂直于\(-w\)的一个平面，将物体投影至平面上。本文使用\(l