隨著元宇宙概念的爆炸式出現(xiàn)，3D 渲染技術(shù)再次受到了巨大關(guān)注度。

沉浸、3D 世界、虛擬社交、虛擬購物，這些都是元宇宙的概念實例。就像電影《失控玩家》那樣，人們暢想通過 AR/VR 以及其他互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，把現(xiàn)實世界的樓房街道、天氣溫度、人際關(guān)系等投射到虛擬世界，構(gòu)建 “元宇宙”，擁有一個網(wǎng)絡(luò)分身。

但目前來看，要想實現(xiàn)這一構(gòu)想，開發(fā)者們還有很長一段路要走。畢竟 “元宇宙” 的背后是龐大的 3D 虛擬世界構(gòu)建，需要海量且高質(zhì)量的 3D 內(nèi)容支撐，以還原真實世界。R 星引擎的游戲《荒野大鏢客》除了游戲世界里各種各樣讓人拍案叫絕的細(xì)節(jié)之外，在畫質(zhì)上 3D 世界渲染的技術(shù)細(xì)節(jié)也仍然讓人驚嘆。

《荒野大鏢客 2》

3D 渲染技術(shù)的迭代路線分成了兩種技術(shù)方案：Native 和 Web。

Native，是我們的電腦、手機等硬件設(shè)備，通過安裝本地的應(yīng)用程序 APP，直接通過圖形 API 和相關(guān)驅(qū)動調(diào)用顯卡的計算和渲染能力，完成真實物體的 3D 渲染數(shù)字化的過程。

Web，是通過瀏覽器，在網(wǎng)頁頁面中，實現(xiàn)現(xiàn)實世界的數(shù)字化渲染的過程。

資料來源于網(wǎng)絡(luò)

打趣的說，選擇 Native 技術(shù)棧還是 Web 技術(shù)棧，這是一個哲學(xué)問題。兩種技術(shù)方案都有自己的優(yōu)勢和劣勢，同時雙方的生態(tài)也都比較豐富，很多項目從最終的技術(shù)實現(xiàn)角度來說，選擇哪一條路線都可以完成。

Native 3D 渲染的發(fā)展

1992 年，Khronos 制定了第一代的渲染引擎的圖形學(xué)的框架叫做 OpenGL 1.0，包括現(xiàn)在很多電腦用的基本上 3D 應(yīng)用都是基于 OpenGL。OpenGL 也在不停的發(fā)展，目前最新版是 2017 年發(fā)布的 OpenGL 4.6 版本。同時，也出現(xiàn)了專門為移動端設(shè)計的 OpenGL ES 版本。由于 OpenGL 是開源和跨平臺的，不方便為 Windows 做優(yōu)化，1996 年，微軟作為第一大操作系統(tǒng)的提供商，發(fā)布了自己的圖形 API Direct3D。DX5/DX6/DX9 有很多游戲的代表作，《古墓麗影》《極品飛車》都是當(dāng)時的作品。

資料來源于網(wǎng)絡(luò)

發(fā)展到了 2009 年，微軟提出了 DX11 版本，有一個比較大的特性，計算著色器。簡單說就是在圖形的渲染能力上，可以更加充分的調(diào)用顯卡的并行計算能力。

2014 年，微軟發(fā)布了下一代圖形渲染 API DX12，同年 6 月份，蘋果在 WWDC 大會上發(fā)布了自己的圖形學(xué) API Metal。2015 年，Khronos 發(fā)布了 Vulkan。最早是發(fā)布的 OpenGL，隨著顯卡能力的提升，OpenGL 的全局狀態(tài)機設(shè)計離線，已經(jīng)無法調(diào)用和優(yōu)化先進(jìn)現(xiàn)代顯卡的能力?？梢哉f Khronos 不在會全力以赴的長期升級和維護(hù) OpenGL，反而選擇發(fā)布了全新架構(gòu)的現(xiàn)代圖形 API，即 Vulkan。

2014 年這個節(jié)點，就形成了三種現(xiàn)代圖形學(xué) API 并駕齊驅(qū)的情況。目前所有電腦上的游戲，或者一些 3D 應(yīng)用，包括 CG 渲染動畫，為了達(dá)到最好的渲染效果，幾乎都會采用這三種現(xiàn)代圖形 API。

Web 3D 渲染的發(fā)展

總體來說，在 Web 上渲染 3D 內(nèi)容的相關(guān)技術(shù)發(fā)展還是比較緩慢的。最早的時候在瀏覽器是無法實現(xiàn) 3D 內(nèi)容的，需要安裝 Flash 插件。在校內(nèi)網(wǎng)時代，那些農(nóng)場類的游戲應(yīng)用，以及在瀏覽器里看視頻音頻，幾乎都需要安裝 Flash 插件。2020 年的時候，因為有一些安全的問題和其他種種原因，Adobe 宣布停止維護(hù) Flash 這項技術(shù)。

在 Flash 的發(fā)展過程中，出現(xiàn)了 HTML5 的標(biāo)準(zhǔn)，簡稱 H5。2008 年的時候，H5 雛形出現(xiàn)。人們不需要在瀏覽器里面裝 Flash 的插件，能夠直接播放視頻音頻，包括通過 Web 原生的 Canvas 組件實現(xiàn)一些動畫效果。

資料來源于網(wǎng)絡(luò)

真正的 Web 3D 的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)，是 WebGL。由于瀏覽器天然具備的易分享等優(yōu)勢，在 Web 中展示和渲染 3D 內(nèi)容一直都具有大量的需求。Khronos 在 2009 年啟動 WebGL 標(biāo)準(zhǔn)的討論和制定工作。WebGL 思路很簡單，就是依靠瀏覽器的內(nèi)核，對 OpenGL ES 版本做打包和封裝，然后就可以讓瀏覽器里的這些 JS 前端開發(fā)者直接用 Web 環(huán)境去調(diào)用底層的圖形學(xué)能力，最終展示 3D 內(nèi)容。當(dāng)然也就意味著 WebGL 能力被限制到了 OpenGL 的時代。

Web 的技術(shù)在持續(xù)快速的發(fā)展。尤其 2014 年，Native 側(cè)已經(jīng)出了三大現(xiàn)代圖形 API 了: DX12、Vulkan、Metal。在 2017 年的時候，W3C 就提出在 Web 側(cè)發(fā)展下一代圖形學(xué)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，即 WebGPU。跟 WebGL 一樣，WebGPU 的思路就是對三個現(xiàn)代圖形 API 直接打包，然后在實現(xiàn)跨平臺的同時，讓瀏覽器里面直接可以調(diào)用這三個現(xiàn)代圖形 API 能力，實現(xiàn)高質(zhì)量的渲染效果，調(diào)用 GPU 的強大計算能力。?

我們熟知的 Unity 和 Unreal 就是典型的 Native 技術(shù)棧下的 3D 渲染引擎產(chǎn)品，而 Web 端也有大名鼎鼎的 Three.js、Barbylon.js、Cesium.js 和 Playcanvas 等等。面對這樣兩條路線，下面聊一聊關(guān)于技術(shù)棧選擇上的思考。

Web 優(yōu)勢 1: 生態(tài)的發(fā)展和普及程度廣

從技術(shù)角度來看，Web 相對于 Native 的發(fā)展相對是緩慢的。因為很多最新的技術(shù)都會在 Native 上最先實現(xiàn)。但是因為 Web 本身獨特的優(yōu)勢，跨平臺 、易分享、易協(xié)同等等，一直都很受技術(shù)人員和多種應(yīng)用場景的青睞。

瀏覽器廠商的努力也不容忽視，尤其是 Chrome。為了保證 Chrome 100 這個歷史時刻的版本能盡早的發(fā)布，從 94 版本開始，將 6 周一更新提升到 4 周一更新。（Chrome 94 版本也是第一個正式啟動 WebGPU API 的商用版本，而不在是通過 Chrome Canary 的 developer 版本才能體驗的 WebGPU 的能力。）?

瀏覽器承載的 Web 生態(tài)正在飛速的發(fā)展。下面的開源報告中關(guān)于開源環(huán)境技術(shù)方向的統(tǒng)計后端是最多的。但是我們可以看到，第二個就是 Web 的生態(tài)，也證明了 Web 生態(tài)是非常有潛力的。

2020 年開源環(huán)境技術(shù)方向

下面是 2020 年編程語言的分布報告。最多的是 Java，第二就是前端語言 JS，如果把 HTML 語言也包括其中，那 Web 的語言普及度優(yōu)勢將更加明顯。這足以說明 Web 是一個快速發(fā)展具有巨大潛力的技術(shù)棧生態(tài)。

2020 年編程語言的分布

2020 中國開源年度報告：https://kaiyuanshe.cn/document/china-os-report-2020/2020%20%E4%B8%AD%E5%9B%BD%E5%BC%80%E6%BA%90%E5%B9%B4%E5%BA%A6%E6%8A%A5%E5%91%8A.pdf

Web 優(yōu)勢 2: 免安裝客戶端，跨平臺特性

Native 端，需要安裝 APP 應(yīng)用程序，在某些場景，對于用戶來說是一個很高成本的行為。可以想象一下，如果你的家裝設(shè)計師為你設(shè)計的室內(nèi) 3D 全景渲染圖，不是通過微信直接分享給你的（微信本身所有的分享內(nèi)容都是基于 Web），而是要求你要在手機或者電腦上安裝一個幾百 M 甚至幾個 G 的應(yīng)用程序才能觀看，那是一種什么體驗?zāi)兀?/p>

Web 就很好的解決了這一個問題。我們不在需要為不同的場景安裝不同的客戶端，而是通過一個 URL 鏈接，就可以立刻瀏覽你想看到的任何內(nèi)容。

換一個角度去思考，不僅不需要用戶安裝客戶端，而是我們已經(jīng)通過硬件設(shè)備中的瀏覽器觸達(dá)到用戶了。單獨 Chrome 的全球裝機量為 26 億，占全部瀏覽器市場占有率的 60%；排名第二個也是采用了 Chromium 內(nèi)核的 Edge 瀏覽器，市場占有率為 18%。

2020 年 - 2021 年全球瀏覽器市場占有率

基于 Web 環(huán)境做任何的內(nèi)容開發(fā)，也都因為這種天然的跨平臺特性，實現(xiàn)了降低研發(fā)成本的目的。Orillusion 團(tuán)隊也極力打造 Web 端的 3D 渲染引擎。開發(fā)者們不需要在考慮為了一個項目開發(fā)不同的 APP，來適配不同的操作系統(tǒng)。因為瀏覽器已經(jīng)幫我們實現(xiàn)了不同平臺的適配工作。只要在一臺主機的 Chrome 里能正常打開，那么在其他主機的 Chrome 里也可以正常打開。

我們目前梳理了 Native 和 Web 在 3D 渲染這個場景中的發(fā)展歷史和技術(shù)演進(jìn)。同時，也從開發(fā)者生態(tài)和免客戶端跨平臺這兩個方面，闡述了一些 Native 和 Web 技術(shù)路線的對比和分析。在接下來的內(nèi)容里，我們會給出更加深入的思考，希望大家持續(xù)關(guān)注。