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前面的章节已经能简单地计算观测光线和相交点了，接下来就是为该相交点着色，用于计算着色的表达式就叫做着色模型，着色模型可以完全独立于渲染系统的其它部分，接下来讨论一个最基本的着色模型，它可以用于点光源照射不透明表面。

类点光源光照（Point-like light sources）

类点光源分为两种：一，点光源，特征是足够小且距离场景比较近，可以被当做一个点来处理，它对场景中的物体有不同的照射；二，方向光源，它也可以被看做是一个点，但是它离场景比较远，所以它几乎对场景的所有物体有着相同的照射，我们不需要知道它的位置而只需要知道它的方向即可。LED灯和太阳光就是这两种光源的典型例子。

点光源光照

点光源通过它的位置（三维空间中的一点）和发光强度来描述，点光源可以在各个方向上的发光强度一样（各向同性的），也可以只在特定的方向上发光（如聚光灯）。

对于各向同性的光源，假设其辐射能量（radiant power）为1瓦特，考虑以其为中心、半径为1的球面，该光源发出的能量全部打在了这个球面上，球面面积为，所以它的辐射能量密度可表示为，这一密度也叫做辐射照度（irradiance）。

把这个场景推及到普遍情况，一个能量的各向同性的点光源，打在表面半径为的球面上，则辐射照度为：

其中，表示光源的光照强度，当一定时，辐射照度与距离的平方成反比。

上面的球面是一个特殊情况，光线都是垂直地照向球面（即光线方向和表面法线同向）。大部分情况下，光线和表面法线并不同线，如果将表面转动，此时的照度需要乘上因子（兰伯特余弦定理），此时：

其中可以叫作对点光源的几何因子，只取决于点光源和接收表面的几何位置关系，的值可以通过指向光源的光线方向的单位向量和表面法线方向的单位向量点乘得到：

方向光源光照

方向光源光照的辐射照度计算几乎和点光源一样，只是光源距离场景太远以至于可以视为一个常量，把它叫做常量，这个常量就是直射照度。对于方向光源光照，有：

反射模型

照度描述的是有多少光打在物体的表面上，而着色还要考虑到它是如何反射到观测点的。

兰伯特反射

兰伯特反射是一种理想散射，它假设光线同等地反射至所有方向，而不考虑入射光线的方向，所以此时观测点观察到的反射光只和照度相关：

镜面反射

很多材料都会有一些高光，比如金属、光滑的塑料、植物叶子等，当看向这些材料时，反射会随着你的观测位置变化而变化。也就是说，镜面反射依赖于观测点的位置。理想化的镜面反射的入射角和折射角相等，但实际情况是有很多物体表面并不是完全光滑的，这在图形学中被称作光泽反射。

从前面我们知道光泽反射会依赖于表面法线、光照方向和观测向量，一种比较简单的光泽反射模型是修正Blinn-Phong模型，这个模型的思想是：当光照方向和观测向量关于表面法线对称时，会表现出最明亮的反射光，并且反射光的强度会随着观测向量偏离对称位置而平滑下降。

我们使用半程向量来衡量观测向量偏离对称位置的程度，半程向量指的是观测向量和光照向量叠加的一半。当和方向相等时，说明观测向量正好在对称的位置，反射光强度就越大；反之，当越偏离，强度就越小。可以通过计算和的点积来衡量偏离程度，当两者重合时该点积达到最大值。修正Blinn-Phong模型还给这个值指定了一个指数确定它下降的快慢程度：

值控制了表面反射的高亮程度，当越大时，说明反射光强度下降的越快，也就表明了该表面的高亮程度更高。

在知道光源位置和着色点（即相交点）的情况下，可以计算光源至相交点的距离和光照向量的单位向量为：

半程向量的单位向量容易得到，假设观测向量的单位向量为，光照向量的单位向量为，则有：

对于兰伯特反射来说，反射光，即是一个常量，但对光泽反射来说，需要对系数加上一个高光反射部分：

其中系数叫做镜面系数（specular coefficient），控制着高光的整体明亮程度。是为了防止出现负数的情况。此时整体的系数，这个表达式被叫做双向反射分布函数，它描述了反射光如何随着观测向量和光照向量的变化而变化。