这是图形渲染的起始环节。在这个阶段，首先要处理的是三维模型的几何数据，包括模型的顶点坐标、法线方向、纹理坐标等信息。通过一系列的矩阵变换，如模型变换（将模型放置在合适的位置、进行缩放和旋转）、视图变换（确定观察视角）以及投影变换（将三维模型投影到二维平面上），将这些几何数据转换为适合屏幕显示的形式。例如，在一款3D游戏中，游戏角色的模型就会在这个阶段被精确定位到游戏场景中，并根据玩家的视角变化进行相应的变换，确保在屏幕上呈现出正确的位置和姿态。
经过几何处理后的数据进入光栅化阶段。此时，抽象的图形（如三角形面片等）被转化为屏幕上的像素。计算机通过计算每个图形覆盖的像素区域，并为这些像素赋予相应的颜色和属性值。例如，对于一个三角形，会计算出它在屏幕上覆盖的所有像素，并根据三角形的材质、光照等信息来确定每个像素的颜色，最终在屏幕上绘制出这个三角形的形状。
光照是影响图形视觉效果的关键因素之一。不同类型的光照模型用于模拟现实世界中的各种光照情况。常见的光照模型包括环境光、漫反射光和镜面反射光。环境光模拟了均匀分布在场景中的光线，它使得物体即使在没有直接光源照射的情况下也能被看见。漫反射光则描述了光线在物体表面均匀散射的现象，物体表面的颜色主要由漫反射光决定。镜面反射光模拟了光滑物体表面对光线的镜面反射，产生耀眼的高光效果，比如金属表面的反光。通过合理组合这些光照模型，能够让渲染出的物体看起来更加立体、真实。
材质决定了物体对光线的反射、折射和吸收等特性。不同的材质，如木材、塑料、玻璃等，在相同光照条件下会呈现出截然不同的外观。为了逼真地渲染材质，需要考虑材质的纹理、粗糙度、透明度等属性。纹理映射技术可以将预先制作好的纹理图像映射到物体表面，增加物体表面的细节和真实感，比如在一个木质桌子的模型表面映射木纹纹理。粗糙度属性决定了物体表面的光滑程度，影响镜面反射光的分布；透明度属性则用于渲染透明或半透明物体，如玻璃、水等，通过光线的折射和反射效果，营造出逼真的透明质感。
传统的光照计算通常只考虑直接光照，而实时全局光照技术则进一步模拟了光线在场景中的多次反射和折射，能够更真实地表现出场景中的光照效果，如阴影、间接光照等。例如，在一个室内场景中，光线不仅直接照射到物体表面，还会在墙壁、地面等物体之间多次反射，实时全局光照技术可以准确地计算这些间接光照，使场景看起来更加自然、生动。
随着图形复杂度和场景规模的不断增加，渲染的计算量也急剧上升。为了在保证视觉效果的前提下提高渲染效率，需要采用一系列优化策略。其中，遮挡剔除技术可以通过检测物体之间的遮挡关系，提前剔除那些被其他物体遮挡而不可见的物体，减少不必要的渲染计算。多线程渲染则利用计算机的多核处理器，将渲染任务分配到多个线程中并行处理，加快渲染速度。此外，还可以通过优化图形数据结构、采用高效的算法等方式来提升渲染性能，确保在各种硬件设备上都能流畅地呈现出高质量的视觉效果。
