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卡通渲染（英語：Toon Shading）是一種非真實感繪製（NPR），旨在使電腦生成的圖像呈現出手繪般的效果。為了使圖像可以與漫畫或者卡通達到形似的效果，專業人員通常使用卡通渲染着色器進行處理。卡通渲染是在大約21世紀初期，作為計算機圖形學的副產物出現的新技術，並且主要應用於電子遊戲中；然而，它可以呈現出如手繪動畫一樣簡潔明瞭的效果。
 | 此條目需要補充更多來源。 (2015年3月28日) |
卡通渲染過程從一個普通的3D模型開始。與常規渲染不同的是，卡通渲染的光照效果是經過去真實感處理的。常規光源（明暗間有平滑過渡）的取值被逐一像素計算並投射到一小片獨立的明暗區域上，以產生卡通式的單調色彩。
生成「黑線勾邊」效果和輪廓線條可以用多種方法。常用方法之一是先渲染出比物體略大的黑色的邊線，之後關閉背面探測（Backface culling，用於剔除物件背面不需渲染部分的功能），將朝後的面被用黑色繪製出來。為了擴大輪廓，這些背面會多次以線框模型繪製，且每次都有微小的改變。另一種方法是，背面先以固實方式渲染，並且其頂點均由頂點着色器沿着其頂點法線進行轉譯。在繪製邊線後，重啟背面探測來繪製物體的明暗和附屬材質。最後，由於場景中的背面比正面所處位置更深遠，圖像會由深度緩衝組合。最終我們看到的就是，物件擁有黑色的勾邊以及內部的輪廓線條。普遍的觀點認為，這種用在動畫和遊戲上使用的「勾邊」效果就是卡通渲染，但是實際上，卡通渲染指的是這種渲染方式，而無關是否擁有勾邊效果。
下圖是使用卡通渲染處理後的猶他茶壺：
第2、3步可以通過複數材質處理結合為一步（參考材質貼圖）。
還有一種勾邊方法使用了平面圖像處理技術。首先，場景被卡通渲染至屏幕大小的顏色紋理：
然後，場景的深度和空間表面法線信息被渲染至屏幕大小的顏色紋理：
之後對法線和深度紋理使用查找邊緣濾鏡（例如索貝爾算子），可以生成邊緣紋理。位於邊緣的像素紋理為黑色，其他的為白色：
最後，邊緣紋理和顏色紋理結合起來，生成最終渲染圖：
卡通渲染在互動媒體方面首次亮相於2000年發表在Sega Dreamcast上的遊戲《Jet Set Radio》，此外，在2002年發表的《薩爾達傳說 風之律動》亦是本技術應用的範例。如今，相當數量的遊戲都應用了卡通渲染技術，包括一些限制級的遊戲，例如《英雄不再》。
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