GPU渲染

如果你是一个 3D 开发的新手，你可能会对渲染这个词感到陌生。对于偶尔使用 3D 制作的小伙伴来说，会发现渲染和 3D 图形的其他部分不一样，它不是那么容易上手。但也不用太担心，像Unity、Unreal Engine这类的官方网站都会有很多关于实时渲染设置的文档，可以帮助你学习如何制作。本文将为您带来3D实时渲染技术的简单科普，让3D 实时渲染更通俗易懂、简单上手！ 什么是3D实时渲染，它是如何工作的？ 首先，三维渲染是用计算机把 3D 的数据变成图片的过程，是一种创造的过程，像拍照或拍电影一样，它要用光线来制作图片。通过三维渲染，计算机可以把 3D 的模型变成 2D 的图片，而且这些图片看起来很真实或者很接近真实。 渲染一张图片或者一帧画面可能要花几秒钟到几天的时间。三维渲染有两种主要的类型，它们的区别主要在于计算和处理图片的速度： 实时渲染和离线渲染。实时渲染在视频游戏或者互动图形中最常见，它可以让 3D 的图片计算得很快，所以当玩家玩游戏的时候，就好像场景是实时出现的一样。 这就是为什么互动性和速度在实时渲染中很重要。比如说，如果你要让场景里的角色动起来，就要在画下一帧画面之前更新角色的位置，这样才能让角色看起来动得自然。主要的目标是在能让人眼看到动画效果的最低渲染速度（通常是24帧/秒）下，让画面看起来尽可能真实，这是人眼能产生运动感觉所需要的最低速度。 虽然渲染需要很多复杂的计算，但现代的软件还是可以提供一些比较容易理解和使用的参数，渲染引擎通常包含在现代 3D 游戏引擎里面，它可以实现很棒的图形效果。 Unity中的实时渲染 在 Unity 中创建交互式项目时，你可以用不同的光线来创造各种吸引人的氛围。比如说，你可以从白天的明亮到夜晚的霓虹灯，从阳光下的棚屋到昏暗的街道和黑暗的隧道。 不管你是要做 2D 还是 3D 的手机游戏，还是要做主机游戏，Unity 的可编程渲染管线（SRP）都能让你制作出美丽的画面，并且适应不同的硬件。比如说，有专门为高端 PC 和主机设计的高清渲染管线 HRDP，也有专门为手机设备设计的轻量级渲染管线 LWRP。 如果你想亲自动手学习如何制作 2D 或 3D 游戏，Unity 的内容团队为你准备了两套完整的游戏工具包： 2D 游戏工具包和 3D 游戏工具包。这两个工具包都包含了各种机制、工具、系统和资源，不用写任何代码就能玩游戏。 实时云渲染平台 想让你的游戏或其他3D应用能享受到更多实时渲染带来的速度和交互方面的优势，让更多的人看到和使用你的三维应用，可以考虑使用3DCAT 实时云渲染平台。 3DCAT是领先的3D/XR应用托管运行平台，平台配备了海量弹性 GPU 算力资源，可以将应用放置在云端并实时渲染出高质量的图形，还支持海量用户同时安全访问应用。相当于我们只需要把应用上传到3DCAT实时云渲染平台，就可以一键生成访问链接或轻量微端，让用户无需下载安装任何软件或客户端，就可以在网页上直接启动和交互你的3D应用。 如果你对3DCAT实时云渲染平台感兴趣，也可以在平台的官网上查看更多的案例和资讯，或注册账号免费获得30元无门槛体验券，最后欢迎访问 https://www.3dcat.live/ 了解更多详情。 本文《 实时渲染技术什么意思？3D实时渲染含义及工作原理》内容由 3DCAT实时云渲染解决方案提供商整理发布，如需转载，请注明出处及链接： https://www.3dcat.live/share/post-id-258/

你是否曾经玩过一款让自己感觉真正沉浸在虚拟世界中的视频游戏？或者观看了一部视觉效果极度逼真的电影，以至于忘记了自己是通过屏幕观看的？其实，这些体验是通过 实时渲染技术实现的。实时渲染软件的出现重新定义了我们对数字空间的感知，使得以足够快的速度生成图像以产生运动的幻觉成为可能，从本质上形成了实时 3D 渲染的本质，今天小编就为大家分享实时渲染具体包含的技术和常用软件有哪些！ 实时渲染技术 1、光线追踪 光线追踪是计算机图形学中用于创建逼真图像的渲染技术。它模拟光与虚拟场景中的对象交互时的行为。使用追踪时，光线从相机发出，当光线击中物体时，光线从一个表面反射到另一个表面，并将光线传输到光源。此方法模仿现实生活中的光行为，并允许模拟许多光学效果，包括阴影、散射、反射和折射、运动模糊、景深、柔和阴影和间接照明。由于它模仿的是物理光（光子）的行为，因此与光栅化方法不同，其结果也是更加逼真的图像。 2、光栅化 三维图形由对象组成，它们由线或多边形连接的点组成。光栅化是转换所有多边形的过程，即将 3D 场景的形状转换为用户屏幕上显示的 2D 像素网格上的投影（将矢量图像或对象转换为基于像素的光栅图像）。 这种转换使计算机能够了解各个像素的颜色、亮度和其他特征，从而更容易在数字屏幕上显示图像，在此过程中，计算机使用数学算法在像素之间插入颜色并计算每个像素在图像网格中的位置，生成的光栅图像通常比矢量图形更容易可视化和操作，尤其是在涉及阴影和纹理等视觉效果时。此方法比光线追踪效率更高、速度更快，但是它无法再现基于反射光的效果，例如现实世界的反射、透明度和环境着色。 3、阴影贴图 此方法涉及从光源的角度创建场景的深度图（阴影图），然后使用该图来确定场景的哪些部分处于阴影中以及哪些部分被照亮，如果像素处于阴影中，则会用较深的颜色绘制该像素，以产生光源投射的阴影的错觉。 4、纹理映射 该技术涉及在 3D 对象的表面上叠加纹理以添加细节和真实感。 5、物理上正确的渲染 这是一种可让你通过模拟现实生活中的光行为，来更准确地显示对象的计算机图形方法。它涉及对光、材料及其相互作用的物理原理的精确计算，以创建逼真的图像，该渲染的方法和算法基于物理上精确的公式并使用真实材料的属性。 6、细节层次 (LOD) LOD 允许根据相机和对象之间的距离以不同的细节级别渲染场景。这可以通过减少需要为远处对象渲染的多边形数量来帮助提高性能。LOD 还可以包括减少顶点数量、简化纹理或删除不必要的元素，目的是保持场景或对象的有吸引力的外观，即使在细节较少的情况下也是如此，同时，仍然确保渲染过程中良好的帧速率。 实时渲染软件有哪些？ 3DCAT作为3D/XR实时云渲染解决方案提供商，在处理各种程序方面拥有丰富的经验。同时也了解到 3D 可视化行业现在拥有大量经济实惠的高端解决方案，所以整理出了一份常用的 实时渲染软件选项并介绍了它们的功能，希望帮助你更好地选择。 1. Unity Unity是一种流行的实时渲染软件，用于创建 2D、3D 和虚拟现实应用程序和游戏。它于 2005 年首次发布，现已成为世界上使用最广泛的游戏引擎之一,Unity拥有一套用于创建 3D 环境的强大工具，并支持广泛的平台，使开发人员能够构建在各种平台上运行的游戏，包括 Windows、Mac、Android、iOS、PlayStation、Xbox 等，该软件采用基于组件的架构，可以轻松组装和修改游戏对象和场景。 Unity的关键功能之一是实时渲染的能力。Unity引擎使用直接渲染技术来实时创建逼真的光照和阴影，我们可以在游戏制作完成后立即看到变化，另外Unity广泛的资源存储库也是很大的优势，它提供了大量的预制资源选择，例如 3D 模型、纹理、动画和声音效果，通过此功能可以节省很多实时时间，让制作者更专心地打造更独特和有趣的游戏体验。 2. Unreal Engine 虚幻引擎是由 Epic Games 开发，提供先进的图形功能并支持多个平台的实时渲染引擎，广泛应用于娱乐行业，它包含一组高级工具，可用于微调和自定义纹理、动画、皮肤、角色之间的交互等。 虚幻引擎与Unity一样，同样具有实时渲染场景的能力。这是通过利用基于物理的渲染来实现的(PBR)，确保材质和光照以物理上准确的方式表现，从而产生更真实的场景。UE虚幻引擎提供了广泛的选项来创建逼真的 3D 图形，其中包含大量纹理、视觉效果和材质，可应用于对象以改变其外观，另外它的图形也是高度可定制的，可以创建任何类型的材质、表面和效果，并为它们设置不同的参数，然后可以将它们混合在一起。 此外，通过使用内部 Cascade 工具，这款实时渲染软件还可以创建灰尘、雨、雪等细颗粒，这些颗粒不仅非常逼真，而且还可以动态移动，目前UE虚幻引擎也越来越多地应用于建筑可视化、电影、电视、 VR 和 AR 领域。 3. Twinmotion Twinmotion也是由 Epic Games 开发的实时 3D 渲染软件。Twinmotion虽然基于虚幻引擎技术，但是它一个独立的应用程序，用户可以用它创建建筑和室内项目的高质量实时渲染，使用Twinmotion，可以在项目的任何阶段获得高度详细的渲染。 Twinmotion 还具有直观的界面，这对于新手来说也可以轻松导航和使用。借助实时渲染引擎，用户可以访问大量 3D 模型、纹理和材质，将场景变得栩栩如生，资源库包括光源、人物、车辆、植物，甚至声音，以增强整体体验，再借助光线和天气效果，就可以创建非常多逼真且大气的场景。 说到渲染速度，我们惊喜地发现在这款软件中获得高质量图像、视频和360°全景图的速度是很快的——只需要几秒钟的时间。此外，该程序可选择当前想要接收的相机渲染，借助Twinmotion，你可以在单个场景中设置多个摄像机，提供项目外部和内部的不同视图。 最后，只需一键点击，就可以使用该软件与 ArchiCAD、Revit、Rhino、SketchUp Pro、Vectorworks、SOLIDWORKS、BricsCAD 和 RIKCAD 同步场景。而且该软件还支持各种文件格式，并与虚幻引擎集成。 4. Enscape Enscape是一款出色的实时渲染和虚拟现实程序。可以用作各种 3D 建模软件（例如 SketchUp、Revit、Vectorworks、Rhino 和 ArchiCAD）的插件，它直接连接到这些程序，提供集成的可视化和设计工作流程，正因为此功能和即时渲染功能，它才能把在 Revit 中所做的所有更改都立即反映在 Enscape 中。 我们可以借助 Enscape 创建实时漫游、360° 全景图和虚拟现实。该程序支持一系列照明和材质选项，用户可以创建高度逼真和详细的可视化效果，另外 Enscape 还提供全面的资源库，因此创作者们也可以使用现成的 3D 模型或将模型导入 Enscape。 接着，您会发现 Enscape 对用户非常友好，它让用户直观地使用每个人都可以访问的渲染器。这就意味着不需要任何过于专业知识就可以很快使用该软件，它也是将模型转换为沉浸式 3D 对象的最快、最简单的一个方法。 5. Chaos Vantage Chaos Vantage在市场上相对较新，来自 Corona 和 V-Ray 的创建者。借助 Chaos Vantage，你可以实时更改场景并立即查看结果，而无需进行耗时的预渲染，该应用程序提供了用于在三维空间中对对象进行动画处理、调整光线、使用着色器以及对图像进行后处理的工具。还为用户提供动态动画工具，包括速度、加速度、轨迹、力等参数，然后它的界面也是简单且易于使用的，因此您可以快速轻松地创建效果。 借助 Chaos Vantage 的实时光线追踪技术，我们可以在复杂的 3D 场景中获得最真实的效果。该软件提供与 3ds Max 和 Rhino 等其他程序的无缝连接，使导入所有资源成为一个简单的一键过程。等项目转移到 Vantage 后，所有更改就会立即反映出来，不用去自定义材质、照明或其他选项。 除了导航场景之外，使用者还可以在场景中选择相机的位置以进行离线 V-Ray 渲染并预览动画，该应用程序可进行简单的更改，例如移动、复制、转换、删除或隐藏对象。 Chaos Vantage 具有多种工具和功能，例如对各种插件的支持、用于处理颜色、创建和转换对象以及快速处理的工具。它都完全可定制并与 Windows、Mac 和 Linux 兼容，这些优势让它成为各种 3D 动画项目的理想选择，最后，该应用程序附带了一个庞大的脚本库来简化您的工作。 小结 最后想说，市面上有许多可以用于实时渲染的软件，每种软件都有自己的功能和可能性。我们应该根据经验和需求选择，3DCAT也建议您在选择适合自己的需求程序时，多考虑下的硬件功能配置，假设本地配置不太理想导致实时渲染需求受到阻碍的话，建议可以注册3DCAT 实时渲染云平台并获取30元无门槛体验券，上传应用并进行云端3D渲染设置。 3DCAT实时渲染云在全国范围内自建多个云服务边缘节点，为3D/XR应用云渲染提供定制化云端服务器资源，平台提供应用管理、进程管理、数据统计、自定义配置等云应用管理功能，让终端用户能够无门槛使用3D/XR应用。 现如今实时渲染已成为现代技术领域的重要组成部分，它也彻底改变了我们体验和参与数字内容的方式，随着技术的进步，实时渲染内容将越来越丰富，未来一定也将创建出更多视觉上不可思议的图形、沉浸式虚拟环境以及影视动画作品。 本文《 实时渲染技术及常用软件介绍，一睹为快！》内容由 3DCAT实时云渲染解决方案提供商整理发布，如需转载，请注明出处及链接： https://www.3dcat.live/share/post-id-250/

云渲染？为什么有必要呢？ 渲染迪士尼-皮克斯电影的每一帧大约需要24小时。事实上，皮克斯动画工作室（Pixar Animation Studios）最近在一台拥有55000个内核的超级计算机上渲染了超级英雄电影《大英雄6》（Big Hero 6）。 "我们已经说过很多很多次了。我们在测试版渲染器上制作了这部电影"– 安迪·亨德里克森，迪士尼动画首席技术官 安迪提到的渲染器是Hyperion，这是皮克斯的内部渲染软件，可以模拟现实世界的闪电。闪电般的伎俩和使用旧金山市的真实世界数据花费了他们巨大的渲染时间。因此，他们使用了一个分布在四个地理位置的超级计算机集群。 值得庆幸的是，独立动画师和小型工作室如果想渲染他们的电影和视觉特效镜头，就不必这样做或等待数年。 但在我们告诉您之前，让我们回答以下问题： 什么是渲染？ 渲染是利用应用程序从模型生成二维或三维图像所涉及的过程。渲染对于建筑设计、视频游戏和动画电影、模拟器、电视计算机图形和样式可视化是必需的。使用的技术和功能因项目而异。渲染有助于提高效率并降低设计成本。 渲染分为两类：预渲染和实时渲染。两者之间的显著区别在于图像的计算和最终确定的速度。 图片来源：Unity 使用交互式图形和游戏的突出渲染技术，必须快速创建图像。由于此类环境中的用户交互性很高，因此需要实时创建映像。专用图形硬件和可用信息的预编译提高了 实时渲染的性能。 电影《蜘蛛侠：英雄远征》的预渲染剧照 这种渲染技术用于速度不是优先事项的环境中，因此图像计算是使用多核中央处理单元而不是专用图形硬件执行的。这种技术通常用于动画和视觉特效，其中照片级真实感必须达到最佳标准。 3D/CGI 工作渲染 3D渲染是计算机从3D场景（多边形，材质和照明）中获取原始信息并计算最终结果的过程。输出通常是单个图像或一系列图像渲染和编译在一起。 渲染通常是3D创建过程的最终阶段，例外情况是，如果您要将渲染带到 Photoshop 中进行后期处理。 如果要渲染动画，它将导出为视频文件或一系列图像，稍后可以拼接在一起。一秒钟的动画通常至少有 24 帧，因此一分钟的动画有 1440 帧要渲染。这可能需要相当长的时间。 通常认为有两种类型的渲染： • 中央处理器渲染 • GPU 渲染（适用于实时渲染） 两者的区别在于两个计算机组件本身之间的差异。 CPU通常经过优化，可以同时运行多个较小的任务，而GPU通常可以更好地运行更复杂的计算。 通常，GPU渲染速度远远快于CPU渲染速度。这就是现代游戏以大约60 FPS的速度运行的原因。CPU 渲染最擅长从光照和更复杂的纹理算法中获得更准确的结果。 但是，在现代渲染引擎中，除了在最复杂的场景中，这两种方法之间的视觉差异几乎不明显。 中央处理器渲染 CPU渲染（有时称为"预渲染"）是指PC使用CPU作为主要组件进行计算。 这是电影制片厂和建筑可视化艺术家普遍青睐的技术。 这是由于它在制作逼真的图像时具有准确性，并且渲染时间对于这些行业来说并不是一个相当大的问题。 虽然渲染时间可能会有很大差异，并且可能会变得非常长。 具有平面照明的场景和具有简单形状的材质可以在几秒钟内渲染出来。但是，具有复杂 HDRI 照明和模型的场景可能需要数小时才能渲染。 一个极端的例子是皮克斯2001年的电影《怪物公司》（Monsters Inc.）。 怪物公司 主角 Sully 有大约 540 万根头发，这意味着在屏幕上与他的场景每帧需要长达 13 个小时才能渲染！ 为了应对这些较长的渲染时间，请使用 渲染农场。 进入实时云渲染的世界 实时云渲染目前看来是最有可能获得如此大算力的解决方案，即在远程的服务器中完成渲染再通过互联网传输给用户终端。但这同时也依赖云端极其庞大的计算系统和优质的网络来满足大量用户同时渲染的需求。目前AMD和OTOY等厂商都在致力于该项技术的研究。 3DCAT基于云端强大的图形渲染算力，渲染XR应用并实时推送到终端，为用户提供公有云+私有云解决方案 。 3DCAT实时渲染公有云 3DCAT实时渲染公有云基于云计算理念，将XR应用部署在云端运行，云端资源进行图形数据的实时计算和输出。并通过3DCAT自主研发的RayStreaming协议，把运行结用“流”（Streaming）的方式高速并低延迟推送到终端，终端用户可随时随地交互式访问各种XR应用，更具沉浸式和可访问性。 3DCAT实时渲染云私有化 3DCAT实时渲染云私有化部署方案将三维内容部署在私有云上，利用私有云进行实时渲染，克服终端运行困难的瓶颈。通过局域网方式访问相应资源，实现私有化部署。 3DCAT实时渲染私有化方案适合对画质、安全性、稳定性要求高的用户，在局域网环境下，私有化方案能够最大限度发挥实时渲染的平台优势，让用户获得更好的体验。 注册立赠实时云渲染免费体验： https://app.3dcat.live/register

像素流送经济学... 通常，在谈论像Google Stadia之类的 像素流解决方案时，记者和行业参与者提出的大多数问题仍然集中在等待时间和图像质量上。 尽管这些确实是像素流解决方案试图与既定平台竞争的主要挑战，但另一个挑战（即此类服务背后的经济性）通常被Google之类的人遗忘或视为易于解决。 不过，在使用这种技术时，它们确实仍然是一个重要的主题（即使比延迟更重要），甚至Google也可能会花费大量自己的资源来解决。 可以说Google有足够的财力不担心几年来的亏损，但请记住，在某个时候，最终有人会质疑某项业务是否确实值得。对于Google来说，这不是第一个吧？对不对 那么，对于Google Stadia和其他 Pixel Streaming服务，我们需要重点关注哪些经济学方面的内容？这里实际上有3个角度： - 首先是内容的经济性。 - 然后是Google需要为Stadia设置的高端游戏服务器的经济性（请相信我，这绝对不便宜……甚至对于Google而言）。 - 最后，您必须考虑这种服务为用户带来的经济效益，毕竟，最终必须有人付账。 服务器，什么服务器？ Google的原始家用服务器。聪明才智始终是他们的核心力量。 尽管Google以其服务器构建能力而闻名，但高端游戏硬件本身就是一个完全不同的物种，与任何游戏硬件一样，GPU代表了大部分投资。 因此，谷歌已经与AMD合作建立了定制的 游戏GPU，以为其Stadia服务器提供动力。 当然，人们会期望Google为Stadia的用户获得如此大的订单，这笔费用相当可观，对吧？ 让我们来看看… 在Stadia像素流送服务宣布期间，如果您使用展示的地图作为参考（请参见下图），则假定所有这58个区域都将拥有Stadia的服务器，这些服务器能够分别处理至少50.000个并发用户（暂时保守）或总计290万并发用户（仅出于比较目的，Steam每天平均获得约10到1500万并发用户）。对于Google而言，这将意味着290万个定制AMD GPU，这对于任何OEM来说都是相当大的数目（英伟达必须为此感到垂涎三尺）。 Stadia揭幕期间的Google基础架构图 但是，您猜还有谁还是AMD在游戏GPU方面的巨大客户？是的，微软和索尼的老游戏伙伴。两者都已经使用定制AMD GPU数年了（即Xbox的最后三代和Playstation的最新一代）。 尽管Google可能已经准备好订购几百万个AMD GPU，但微软和索尼却处在完全不同的水平，它们的历史控制台总数超过3亿个，其中最新一代的销量超过1亿个。其中具有自定义AMD GPU，与Google所订购的相同。 因此，我怀疑有人会认为Google在高端游戏硬件方面比Microsoft或Sony更专业。因此，如果您认为微软已经公开承认Xbox One的制造成本高达400美元以上，并且实际上是亏本出售，那么相信Google至少会花掉同样多的钱就可以了。 还要考虑到Google（可能会很聪明，因为我们将从上述两个玩家那里获得新一代游戏机）希望通过在不久的将来保证以60fps的速度播放4K（甚至8K）游戏流而超越这一范围，因此已经使用了比当前控制台至少强大60％的GPU。即使每个并发用户400美元，我们仅在硬件投资上就至少要花1.1Bi美元……这就是事情开始变得昂贵的原因……甚至对于Google而言。 比最新一代的控制台要快得多……那一定要花钱，对吧？ 最后，请考虑将这些投资仅用于服务的硬件方面。不要忘记，运营费用也是此类服务成本中相当大的一部分。拥有11个teraflop GPU很不错，但是这些东西消耗了很多功率。加上物理空间成本（用户端不存在），维护和工程团队，以及每当其中一个用户决定播放4k信号时，将这些4k信号流传输给用户的恒定带宽成本。