請問光柵化與渲染這兩個術語的區別和聯繫是什麼？

01-06

以前沒在意這倆概念。
昨天跟同學說起光柵化，我下意識地說：「光柵化就是把圖形數據轉換成圖像。」
事後我突然想到這話怎麼這麼眼熟，我記得@Milo Yip 好像在某個問題里答過，大概意思是：把圖形數據轉換為圖像元素，我們管這個叫渲染。

所以，光柵化與渲染這兩個術語的區別和聯繫是什麼？

渲染（rendering）一詞應該來自視覺藝術和繪圖，意指通過深淺、色彩、紋理等的技巧去做視覺表現。這種傳統渲染現在較常用手工繪製（hand rendering）取代。

而計算機圖形中的渲染通常是指，使用計算機把一些數據處理，輸出成一種可以顯示的形式。

例如，一個字形（glyph）是由一些線段及曲線所組成，它可以輸出成光柵化圖像（raster image），用於輸出至屏幕（光柵形式的輸出設備）。我們通常說這是把字形渲染至屏幕上。這又稱為柵格圖（raster graphics）、點陣圖（bitmap）。

但光柵化並不是唯一的渲染輸出方式，例如我們可用割字機切割貼紙，這時候需要把字形的數據轉換為步進電機的信號，按字形的輪廓移動，從而切割出所需的部分。這通常稱為矢量輸出（vector graphics）。不過，很多時候，習慣上這種形式不會稱作「渲染」。

輸出成光柵化圖像時，通常有兩種方法。

第一種是我們常說的「光柵化（rasterization）」，意指把一些幾何圖元（geometry primitive）逐一光柵化，輸出覆蓋圖元面積的多個像素顏色，然後把這些像素顏色合併至圖像緩衝。這是現時 GPU 做實時渲染的主要方式。如 @Yubo Zhang 提出，狹義的「光柵化」（在 GPU 中稱為光柵化階段／rasterization stage）只是計算圖元的覆蓋信息和幾何屬性的插值，並不計算fragment的顏色。

第二種是對圖像中每個像素對虛擬環境的光線採樣（sampling），就如同數碼相機的感光單元對真實世界的光線採樣一樣。最常見的演算法就是光線追蹤、路徑追蹤，多用於離線渲染。

光柵化負責的是整個渲染過程中的幾何成像環節，把幾何圖元（點、線，面）投影到成像平面並確定哪些像素或採樣點被圖元覆蓋，但不包括渲染過程中的光照著色計算，光柵化和光照模型無關，也不局限於三角形（比如可以是細分曲面），光柵化一樣可以結合光子追蹤，輻射度等物理光照模型，可以做到完全能量守恆，另外也可以作為射線追蹤第一次幾何求交的代替品。遊戲中的實時渲染，和早期RenderMan的REYES渲染，都是應用光柵化的經典案例。

我認為渲染演算法分為兩個宗派：以物理真實光線運算為核心的演算法(包括光線追蹤，光子追蹤以及兩者的結合)以及以三角形光柵化為核心的演算法(諸如大量的實時圖形學渲染)。

只說最常見的三角形的光柵化，這是顯卡里一個硬體單元做的事情：

輸入，一個三角形的三個頂點，(x0,y0,z0,w0) (x1,y1,z1,w1) (x2,y2,z2,w2)
輸出，這個三角形會覆蓋屏幕上哪些像素，可以認為是 Point2d [ ]

你看，它多傻呀，什麼光照貼圖它都不懂的。

如果把渲染比作做菜，那麼你起鍋擺盤就是光柵化。

理論數據轉換成物理數據的過程。理論上我們可以完美的描述一個三角形的數學特性。在屏幕上只能用方塊像素拼成一個看起來差不多的三角形。這個過程就是光柵化。

Generally:

光柵化：矢量圖/圖元到像素圖

Rasterisation 也可以作為一種渲染方法（顯卡將圖元變成 Fragment/Pixel），與 Raytracing（通常是離線渲染）相對。

2D 矢量圖渲染：本身也就只有光柵化的過程。

渲染（rendering）是對一個三維物體進行幾何描述並且將它輸出到屏幕，看到圖形的過程。