渲染，就是將 3D 模型轉(zhuǎn)換成 2D 圖像，并最終呈現(xiàn)在屏幕上的過程。雖然這里只有一句話，但是這一句話里面包含了太多的數(shù)學(xué)、物理和計(jì)算機(jī)方面的知識，它描述了我們用計(jì)算機(jī)來虛擬化真實(shí)世界的基本邏輯。渲染過程是需要計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算且消耗時間的。

不同的渲染分類，會用到不同的渲染引擎。比如實(shí)時渲染我們一般會用到 Unity 和 Unreal，離線渲染我們會用到 V-ray 和 Keyshot。但是這些技術(shù)和引擎產(chǎn)品都是相通的，所以 Unreal 的實(shí)時渲染能力也可以部署在云端，成為云渲染的體現(xiàn)。雖然，由于使用場景的不同，引擎本身的渲染算法都有自己的特點(diǎn)和優(yōu)勢。但是，隨著硬件計(jì)算能力的發(fā)展，它們的界限也慢慢變得模糊。

常見的渲染類型有以下幾種：實(shí)時渲染、離線渲染、云渲染、混合渲染。它們中間有重疊交叉，也有技術(shù)區(qū)別。我們避免太多的專業(yè)性描述，嘗試用淺顯易懂的方式來進(jìn)行解釋。

實(shí)時渲染

實(shí)時渲染（Real-time Rendering）從字面的意思非常容易理解，就是我們要實(shí)時的看到渲染之后的 3D 物體或者場景的效果。實(shí)時，用數(shù)字怎么理解？至少 24FPS：只有達(dá)到或者超過 1 秒鐘播放 24 張連貫圖像的速度，人眼觀看時就不會形成卡頓的感覺。

一般的實(shí)時渲染場景都是帶有強(qiáng)交互屬性的，比如最常見的 3D 游戲《王者》《吃雞》，或者是一些帶有交互的 3D 應(yīng)用，比如智慧城市、智慧園區(qū)的可視化項(xiàng)目。實(shí)時渲染的場景中，這些應(yīng)用都會獨(dú)立運(yùn)行在我們的電腦、手機(jī)上，通過本地的硬件能力完成實(shí)時渲染的過程。因此，玩大型游戲的話，硬件性能一定要好。

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離線渲染

離線渲染（Offline Rendering）這個從字面意思理解，好像就是 “斷網(wǎng)” 之后在做渲染，但是這種理解是不對的。離線渲染是跟實(shí)時渲染相對應(yīng)的，簡單說就是我們不需要實(shí)時的看到渲染效果的場景。

這種場景最常見的就是我們的家裝效果圖。做過裝修的小伙伴應(yīng)該都知道，如果讓設(shè)計(jì)公司出效果圖一般都是要收費(fèi)的（有些為了吸引客戶當(dāng)然也會免費(fèi)），他們其實(shí)就是在做離線渲染的工作。那為什么我們不能實(shí)時的去渲染一張效果圖，反而要用離線渲染的機(jī)制呢？這就要看最后的渲染效果到求要多高了。

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實(shí)時渲染，雖然渲染速度快，可以實(shí)時生成渲染內(nèi)容，但是渲染的效果和真實(shí)度相對來說是不可能特別高的。對于離線渲染的場景，基本都是對渲染要求非常高的，甚至是完全真實(shí)的。

比如剛才提到的家裝效果圖，你可能不需要立刻看到渲染圖，但是如果看到的時候，發(fā)現(xiàn)效果不好，就可能要換其他設(shè)計(jì)公司了。另外一個最常見的就是好萊塢影視大片、3D 動畫等影視場景。他們都需要達(dá)到一個非常逼真的渲染效果甚至是完全真實(shí)的場景復(fù)現(xiàn)，但是對實(shí)時性要求不高。所以，一般的好萊塢大片，尤其是特效非常好的那種，拍攝完成后的制作周期都非常長。比如我們耳熟能詳?shù)摹栋⒎策_(dá)》，當(dāng)時動用了 40000 顆 CPU，104TB 內(nèi)存，10G 網(wǎng)絡(luò)帶寬，整整離線渲染了 1 個多月。

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說到這大家應(yīng)該會有一個疑問了，怎么可以用到 40000 顆 CPU 來進(jìn)行渲染呢？什么電腦能有這么多 CPU 呢？其實(shí)這就是離線渲染在概念上，容易讓人誤解的地方：離線渲染大多數(shù)情況反而恰恰是在線的。

通常情況，如果我們在做家裝效果圖，是可以用自己的一臺普通電腦去進(jìn)行渲染制作的，但是自己的電腦硬件配置肯定不會特別好。因此，完成整套渲染計(jì)算的過程到最終出圖是需要很長時間的，當(dāng)然電腦硬件越好，時間越短。如果是專業(yè)的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，雖然是需要運(yùn)用離線渲染達(dá)到很高渲染效果，同時肯定也是希望出圖的時間越短越好。

因此就出現(xiàn)了一種新的離線渲染形態(tài)：渲染農(nóng)場。說到渲染農(nóng)場相信很多人都不陌生，它就是在云端買了很多渲染服務(wù)器，這些服務(wù)器可以搭建成千上萬顆 CPU 或者 GPU 的集群，來專門服務(wù)那些需要快速完成離線渲染的用戶。

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這就是為什么《阿凡達(dá)》的渲染會用到那么多 CPU 的原因，當(dāng)然現(xiàn)在基本都是采用 GPU 來進(jìn)行渲染工作了。渲染農(nóng)場其實(shí)就是搭建了渲染服務(wù)器集群，那當(dāng)然就是在線的了。所以說，只要提到渲染農(nóng)場，它是離線渲染場景中的一種渲染形式，但是實(shí)際上它恰恰是在線的。

云渲染

云渲染（Cloud Rendering），這個從字面意義理解就是在云端完成渲染的意思。但是為什么上面講到渲染農(nóng)場的時候，并沒有特意強(qiáng)調(diào)它就是云渲染呢？

其實(shí)如果按照渲染發(fā)生的節(jié)點(diǎn)來說，渲染農(nóng)場這種離線渲染就是屬于云渲染范疇的。但是，我們通常對于云渲染的理解，一般都是在云端完成實(shí)時渲染的場景。上面我們提到的實(shí)時渲染大部分時候都是在我們自己本地的電腦或者手機(jī)上完成的，因此對于終端硬件的要求是比較高的，不然 “卡頓” 肯定是無法避免的。

云渲染的出現(xiàn)就是為了解決這個問題：讓硬件性能不太好的終端也可以實(shí)時的渲染效果不錯的 3D 內(nèi)容。

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云渲染的基本原理是，把所有的 3D 渲染工作都交給云端。渲染完成后，編碼成為視頻實(shí)時的傳送給我們的客戶端，客戶端就變成了一個視頻播放器，對視頻流進(jìn)行解碼和播放，這個過程中可以監(jiān)聽一些鼠標(biāo)和鍵盤操作，來完成交互功能。

這樣大量的三維數(shù)據(jù)和美術(shù)資源不用安裝到我們的手機(jī)或者電腦的客戶端，而是全部在云端完成渲染，客戶端只要具備看視頻的性能，就可以體驗(yàn)具有比較好渲染效果的 3D 應(yīng)用。對于大眾來說，手機(jī)設(shè)備不用特別高配，就可以體驗(yàn)效果很好的游戲，而且手機(jī)一般也不會發(fā)燙了。目前云渲染的場景主要也是體現(xiàn)在游戲場景中，即云游戲。當(dāng)然還包括一些對渲染質(zhì)量要求比較高的 3D 可視化或者數(shù)字孿生項(xiàng)目。

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說到這里，大家對于實(shí)時渲染，離線渲染和云渲染這三種不同的渲染形式，應(yīng)該有基本的理解了。其實(shí)說到渲染本身，就是一個數(shù)學(xué)算法在計(jì)算機(jī)上的運(yùn)算過程。它們都有各自的優(yōu)劣和使用場景：

(1) 實(shí)時渲染

追求渲染速度，要求比較強(qiáng)的交互體驗(yàn)。所以即便在客戶端硬件性能較高的情況下，也要做大量的數(shù)學(xué)算法優(yōu)化，在不是特別降低渲染效果的同時，減少渲染時間，達(dá)到很好的實(shí)時性交互。

(2) 離線渲染

追求渲染質(zhì)量，不要求實(shí)時性和交互性。追求的是極致的渲染效果，達(dá)到以假亂真的體驗(yàn)。因此就用最極致最優(yōu)秀最貼近真實(shí)物理原理的渲染算法，來進(jìn)行真實(shí)度極高的渲染過程。通過渲染農(nóng)場的云端計(jì)算能力，盡量的減少渲染時間。

(3) 云渲染

追求相對較高的渲染質(zhì)量同時，也要達(dá)到實(shí)時性要求。所以云端算力的部署和調(diào)度的能力要求會更高，讓客戶端配置不高的用戶通過云渲染也能體會到不錯的 3D 應(yīng)用。