vignette|Image d'une scène 3D constituée de trois sphères, obtenue par path tracing. Le path tracing est une technique de lancer de rayon (ray tracing), utilisée pour déterminer l'illumination globale d'une scène 3D en résolvant l'équation du rendu. L'image finale est générée par une constitution progressive : d'abord un brouillard de pixels, elle s'affine progressivement jusqu'à être débarrassée presque complètement de son « grain ». Le path tracing a été introduit par James Kajiya en 1986. Cette technique de rendu d'images 3D consiste à lancer des rayons dans des directions aléatoires depuis l'objectif de la caméra, jusqu'à ce que ces rayons atteignent une surface géométrique. À chaque impact, le rayon va rebondir une nouvelle fois, en perdant de l'énergie à chaque rebond, jusqu'à atteindre la couleur noire ou une source lumineuse. La luminosité et couleur du tout premier point d'impact sera donc une pondération de la lumière et la couleur de tous les rebonds qui ont eu lieu pour un rayon. L'intérêt de cette méthode est qu'elle n'est pas limitée dans la quantité de rebonds et réalise un modèle de la lumière ambiante intégral. Le path tracing bidirectionnel est une variante, qui, en plus d'envoyer des rayons depuis la caméra, en envoie également depuis les sources lumineuses de la scène (photon mapping). L'image résultante est une fusion des résultats obtenus. Il existe une surcouche à cet algorithme, qui le rend plus optimal, qui est le Metropolis Light Transport (MLT). Le MLT va essayer de « trouver » des chemins intéressants, par exemple quand deux pixels proches calculés par le path tracing ont une grande différence de luminosité/couleur. Dans ce cas, le MLT va tenter d'explorer cette voie pour essayer de finaliser prioritairement cette zone a priori problématique. Il réduit le côté aléatoire de l'algorithme de path tracing et le rend plus adaptatif. Les images produites par ce type d'algorithme nécessitent aujourd'hui des temps de calcul très longs, pour obtenir des images très « réalistes », qui contiennent toujours du « grain ».