使用灯光、着色、透视可以让物体更逼真。
——Jhon Constable
Ground着色模型是在1971年发明的。Phong的镜面高光是1975年左右发明的。Blinn和Newell大约在1976年提出在物体表面使用贴图。这些技术是固定渲染管线的一部分，这些算法曾一度加速了图形学的发展。可编程的着色器的出现大大加速了很多的可能，现在的GPU可以计算任意的着色模型。这就从之前的“什么是可能的？”转变为“使用什么方法是最优的？”
了解一些和渲染相关的物理和心理学原理对于研究这些课题是很重要的。前一小节介绍了如何控制流水线的技术以及他们背后的基本理论。本节将会介绍渲染的一些科学基础。辐射理论讲会被第一个介绍，因为他是光的物理传播的核心领域。我们能够感知颜色纯属心理现象。这个将在颜色学里面讨论。一个着色模型包含两个部分：光源+有材质的模型。我们有一节会着重介绍有很多的中的变换可能。最后一部分会介绍实现着色模型的高效实现。
本节的所有的可能都是建立在一个基础的假设上。所有的光源都是从一个方向照射物体表面，对于区域光、间接光、环境光都没有考虑进去。第8章将会介绍更普遍的照明系统。
7.1 辐射学
第5章在介绍着色器模型的时候，粗略的介绍了辐射学理论。本章将会更深入的研究辐射学，并介绍一些新的特点。
辐射学主要用来度量电磁的辐射。这类的辐射包含一些光子，光子会根据情况的不同，而表现出粒子或者波的两种特性。仅仅使用光子的粒子特性能够应对很大的一部分的需求。虽然有些物理现象如果没有考虑光子的波特性的话就不能够建模，但是，早期的甚至是高质量的批处理渲染都忽略了这一点。
光子和波特性相关的属性不能够被丢弃，因为每个光子都有相关的频率和波长。这是很重要的一个属性，因为每个光子的能量和它的频率是成正比的，这个会影响光子和其他物体的交互。最重要的是，光子的波特性会影响很多的传感器，比如我们人眼睛的视杆和视锥。不同频率的光子如果被我们感知的话，就代表了不同颜色的光，当然也有没有被感知的光，这些都已经超出了人眼的极限。光子的波长λ（单位米），和频率ν（赫兹），以及能量Q（焦耳）之间的关系如下：
这里的c是光速（(2.998×108 米/秒），h是Planck常数（6.62620 × 10−34 焦耳秒）。
电磁辐射会有一个频率和能量的范围。从ELF（低频率极限）辐射波到gamma射线。光在的波长在380到780纳米之间是可以被人类感知的，所以只有在这个范围的可见光子，才会被渲染。图7.1展示了可见的光谱。光子的能量和频率是成正比的。越绿的光子能量越高，越红的光子能量越低。
本节我们将讨论多种辐射单元和他们的之间的关系。他们的单元在表格7.1中列出：
图7.1
表7.1
在辐射学中，基本单元能量单元或者是辐射能量Q，是用焦耳度量的，简写为J。每个光子都有辐射能量，正如我们看到的，和他的频率成正比。比如，如果光子的波长是550纳米，通过7.1的计算公式，它的能量就为2.77*10的18方焦耳。