干货 | 4种“渲染”到底是啥？一文给你整明白！

2024/12/24 1:32:57

影视作品中震撼人心的虚拟场景、3D游戏中流畅细腻的画面，以...

影视作品中震撼人心的虚拟场景、3D游戏中流畅细腻的画面，以及VR带来的沉浸式交互体验，背后都离不开一项强大的CG技术——渲染。它拥有“点石成金”的神奇技能，能够为每一帧数字图像和视频注入生命力，赋予其逼真而生动的视觉效果。本期，我们就来聊聊“渲染”，深入探寻渲染的魅力~什么是渲染？渲染，是计算机图形学（CG）中的一个核心概念，特指将三维模型转换成二维图像或视频的技术。渲染的过程模拟了光线如何在虚拟环境中与物体相互作用，从而创造出具有深度、光照和阴影效果的视觉表现。

为什么要渲染？01增强真实感渲染技术利用光线追踪、阴影计算、材质模拟等算法，能够准确地模拟现实世界的光影变化、纹理细节和动态效果等视觉元素，创造出高度逼真的图像或动画，进而使用户拥有身临其境的体验。

例如，在电影《阿凡达》中，其超写实的场景渲染效果让观众仿佛置身于奇幻的潘多拉星球，体验了一场惊奇的冒险之旅。02增强沉浸感渲染技术能够创建出多维立体的虚拟场景，并通过合理的透视和视角处理，使用户可以自由探索和观察。

例如，在VR体验中，用户可以通过相关设备与虚拟场景产生连接，与虚拟世界进行沉浸式交互。03提升交互性渲染技术可以通过实时渲染，让复杂的场景保持流畅实时地更新。

同时，还支持用户与虚拟世界进行实时的互动，如探索、操作、触摸等。在线3D游戏的交互体验便是由此而来。04可视化表达渲染技术能够基于3D模型，将复杂的信息转换成直观的图像或动画，使得用户快速领会重要信息，进而提升沟通和决策效率。

例如，在设计领域，设计师通常会运用渲染技术，将抽象的设计图纸转化为生动逼真的效果图，让客户、协作方能够提前看到方案实现后的样子，便于后续的沟通修改和方案实施。05创意化表达渲染技术不受限于现实时空，这使得创作者们拥有充足的空间去发挥自己的奇思妙想。

例如，在广告营销领域，创作者可以通过渲染技术进行创意化的视觉表达，与同行形成差异化，提升产品的吸引力与竞争力。渲染有哪些类型？不同的渲染分类，会用到不同的渲染引擎。比如实时渲染我们一般会用到Unity和UE虚幻引擎，离线渲染我们会用到V-ray和Keyshot。但是这些技术和引擎产品都是相通的，所以Unreal的实时渲染能力也可以部署在云端，成为云渲染的体现。

虽然，由于使用场景的不同，引擎本身的渲染算法都有自己的特点和优势。但是，随着硬件计算能力的发展，它们的界限也慢慢变得模糊。常见的渲染类型有以下几种：实时渲染、离线渲染、云渲染、混合渲染。它们中间有重叠交差，也有技术区别。01实时渲染实时渲染，是一种边计算画面边将其输出显示的技术。它关注渲染速度和交互反馈的即时性，常被用于强交互的3D游戏以及带有交互的3D应用中，例如，影视、动漫、数字孪生、VR/AR、元宇宙、汽车可视化等。当前市面上有诸多支持实时渲染的软件，例如UE、Unity等。

实时渲染的主要目标是使图像看起来尽可能真实。这意味着图像应以每秒25帧的速度显示，以便人眼看起来逼真、自然。如果渲染速度低于20帧，观看者会因观察场景的急动和慢动作而感到不舒服。实时渲染通常用于那些需要用户高度参与和互动的场景，例如流行的3D游戏《王者荣耀》和《绝地求生》。

此外，一些3D交互应用，如智慧城市和智慧园区的可视化项目，也采用了实时渲染技术。这些应用都是在用户的个人电脑或手机上独立运行的，依赖于设备的本地硬件性能来实现实时渲染效果。因此，对于运行大型游戏来说，拥有高性能的硬件是非常重要的。简而言之，要想获得流畅的游戏体验，强大的硬件支持是必不可少的。02离线渲染离线渲染，是一种预先计算并生成画面的技术，即提前布置好场景，设置好相关渲染参数，再使用单机进行计算和渲染。对比实时渲染，它不需要实时看到渲染效果。因此，可以花费较长时间雕琢细节，以实现*佳的视觉效果。离线渲染常用于影视、动画、广告宣传等领域。离线渲染一般会用到离线渲染软件或渲染器，例如V-ray、Keyshot，当渲染任务繁重或紧急时，也会用到渲染农场来提升效率。

离线渲染是跟实时渲染相对应的，简单说就是我们不需要实时的看到渲染效果的场景。这种渲染技术需要利用大量的计算机资源，可以得到非常高质量的图像。离线渲染通常用于电影、广告、设计等非交互式领域，它要求高度的真实感和细节，同时要消耗大量资源和时间，所以离线渲染的时间都很长，基本都要几分钟到几小时不等，有时甚至更久。离线渲染常用的方法有路径追踪、双向路径追踪和蒙特卡洛全局光照等。*常见的就是我们的家装效果图。做过装修的小伙伴应该都知道，如果让设计公司出效果图一般都是要收费的（有些为了吸引客户当然也会免费），他们其实就是在做离线渲染的工作。

那为什么我们不能实时的去渲染一张效果图，反而要用离线渲染的机制呢？这就要看最后的渲染效果到求要多高了。实时渲染，虽然渲染速度快，可以实时生成渲染内容，但是渲染的效果和真实度相对来说是不是特别高的。对于离线渲染的场景，基本都是对渲染要求非常高的，甚至是完全真实的。相比之下，离线渲染追求高真实度的图像，常见于电影特效和高端设计领域，如，家装效果图。这些场景对渲染质量要求极高，但不需要即时反馈。

另外一个*常见的就是好莱坞影视大片、3D动画等影视场景。他们都需要达到一个非常逼真的渲染效果甚至是完全真实的场景复现，但是对实时性要求不高。所以，一般的好莱坞大片，尤其是特效非常好的那种，拍摄完成后的制作周期都非常长。

大家可能会好奇，如何能够动用40000颗CPU来进行渲染，毕竟没有哪台个人电脑能拥有这么多的CPU。这里就涉及到离线渲染的一个常见误区：尽管名为“离线”，但实际上离线渲染往往是在线上进行的。通常情况下，个人在制作家装效果图时，可能会使用自己的电脑进行渲染，但这样的电脑配置通常不会很高，因此完成整个渲染过程需要较长时间。电脑配置越高，渲染所需时间就越短。对于追求高渲染效果的专业设计团队来说，他们需要离线渲染来达到高质量的效果，同时也希望渲染时间尽可能短。为了满足这种需求，这里出现了一种新的离线渲染形态，“渲染农场”。渲染农场是一个云端服务，它拥有大量的渲染服务器，这些服务器可以组成成千上万颗CPU或GPU的集群，专门为需要快速完成离线渲染任务的用户提供服务。所以，尽管渲染农场服务于离线渲染的需求，但它实际上是通过在线的、集中的计算资源来实现的。03云渲染云渲染（cloudrender）的模式与常规的云计算类似，即将3D程序放在远程的服务器中渲染，用户终端通过Web软件或者直接在本地的3D程序中点击“云渲染”按钮并借助高速互联网接入访问资源，指令从用户终端中发出，服务器根据指令执行对应的渲染任务，而渲染结果画面则被传送回用户终端中加以显示。简单的理解就是在云端完成渲染的意思。

但是为什么上面讲到渲染农场的时候，并没有特意强调它就是云渲染呢？在讨论渲染农场时，我们并没有特别强调它就是云渲染，尽管从渲染发生的节点来看，渲染农场确实属于云渲染的一种形式。然而，我们通常对云渲染的理解更多是指向云端完成的实时渲染场景。我们之前提到的实时渲染大多发生在本地的电脑或手机上，这就对终端硬件提出了较高要求，否则就会出现“卡顿”现象。

云渲染技术的出现，正是为了解决硬件性能不足的问题，使得性能较低的终端设备也能实时渲染出效果不错的3D内容。云渲染的基本原理是将所有的3D渲染任务都交给云端处理。渲染完成后，编码成为视频实时的传送给我们的客户端，客户端就变成了一个视频播放器，对视频流进行解码和播放，这个过程中可以监听一些鼠标和键盘操作，来完成交互功能。这样，大量的三维数据和美术资源就无需安装在手机或电脑上，而是在云端完成渲染。客户端只需具备播放视频的性能，就能体验到高质量的3D应用。

对于普通用户来说，这意味着即使手机配置不高，也能畅玩效果出色的游戏，而且手机也不会因为高负荷运行而发热。目前，云渲染主要应用于云游戏场景，即云游戏。同时也适用于一些对渲染质量要求较高的3D可视化或数字孪生项目。04混合渲染混合渲染（Hybrid Rendering）融合了实时渲染与离线渲染的优势，它首先依赖实时渲染来保证交互性，然后加入离线渲染所提供的具有高度真实光影效果的图像，以达到画面质量与渲染效率的完美平衡。简单来说就是非单一方法的渲染机制。这种渲染方式没有一个统一的定义，但核心思想是在渲染过程中采用多种方案来混合实现，以达到所需的视觉效果。