我们可以用一个叫做渲染方程的公式，用数学的方法来表达光在场景中的反射。渲染方程的解告诉我们光是如何落在场景中的每个物体上的。如果其中一个物体是一个图像平面，那么渲染方程的解决方案也是对计算机图形学问题的一个解决方案:什么光落在图像平面上?
渲染方程之所以有用，有几个原因。在一个方面，它起到了脚手架的作用，我们可以把我们所知道的大部分东西挂在墙上。另一方面，它告诉我们，当一个场景中的光源被打开并持续一段时间时，光线是如何“稳定下来”的。在这个意义上，渲染方程可以帮助我们利用辐射度算法(radiosity)技术的力量来模拟漫反射。渲染方程还提供了我们所知道的大多数关于图像合成光的行为的很好的概述，并可能提供一些新的效果，如因果关系。
我们在这里提到渲染方程，是因为一种强大的解决方法是通过射线追踪来实现的。具体来说，增强版的随机射线跟踪(使用称为重要性抽样和路径跟踪)可以帮助我们找到渲染方程的解。