这个问题有很多可以阐述的东西，我先说一点：
真实渲染，一般说的照片级渲染，有很多科学研究作为依据，算法发展了很多年，已经越来越成熟。
但是注意，重点来了：卡通渲染或者非真实渲染都是要模拟艺术家的创作规律，这基本上跟 AI 一样难！
我们看到的标准日式动画中的线，阴影明暗都是人脑计算出来的，其根源是创作者对“美”的经验，什么地方该有线，什么地方不该有，是长是短，阴影面积多大等等，有可能都不是真实会产生的，而是创作者根据经验画出来的。电脑模仿艺术创作本身就是个极大的难题。
说实话现存的大多数日式卡通渲染的电影和游戏都没能解决这个问题，跟真正的手绘有很大的区别，计算出来的阴影琐碎而不美观，包括《荒野之息》（但这是游戏，所以没有什么影响）。
印象中大友克洋的《freedom》动画和 arc system 的 《龙珠战士z》游戏在这方面已经做得非常的好。只要在动画上去除电脑连续生成的中间帧太过流畅和严密的感觉，像《EVA》剧场版里面的很多处理那样，电脑还是可以作为辅助高效而高质量的创作出好得卡通渲染画面的。
研究和关注过这个问题很长时间，以后有时间收集一下相关资料给大家看看。