遊戲畫面是實時渲染的嗎？

01-04

正常出一張1080p抗鋸齒的圖怎麼也得好幾分鐘而遊戲要達到每秒30幀以上他是每一幀都實時渲染的嗎？那要怎麼做到這麼快的渲染速度？

首先遊戲畫面，當然是實時渲染的。

但是如果深究一下的話，就會牽扯到實時渲染與離線渲染的定義和區別了。實時渲染最大的要求就是realtime，也就是快。要有多快呢，只有每秒24幀以上了，我們才不至於覺得『哇，這個PPT翻得真快』。也就是說，渲染一屏幕的遊戲場景的圖像，至少也要在1/24秒以內（實際遊戲當中幀率要求高得多）。

離線渲染就不一樣了。『離線』也就是『不在線』，也就是不一定要馬上給出結果。像是Pixar，Dreamworks或者Industrial Light Magic之類的電影製作公司要渲染電影特效的時候，那就放一堆渲染農場在那邊跑就可以了。一幀畫面就算跑一天才跑出結果來，也是值得的。

所以對時間上的需求的差異，也就使得實時渲染和離線渲染有了截然不同的解決方案。像是《怪獸大學》裡面動畫人物的每一根毛髮，它的顏色，材質，物理效果以及反射情況我們都可以通過計算機很好地模擬出來。並且使用各種類似光線追蹤的辦法，模擬每個光子從光源出發，擊中物體表面之後，被吸收，被散射/反射/折射，並且能量減少的整個過程。這個運算量可想而知也是非常大的；但是與此同時的，這種盡量嚴格服從物理規則的渲染辦法，也會渲染出相當真實的效果。

而遊戲畫面的渲染，也就是實時渲染的話，則在時間上的資源尤其地珍貴。我們簡單地以Adrian的這篇講述GTA V的遊戲畫面渲染方式的文章，GTA V - Graphics Study為例，看看GTA當中是如何完成一幀遊戲畫面的渲染的。

GTA V使用了一種號稱deferred rendering pipeline的技術。這種技術並不是一口氣渲染出最後的圖像，而是將場景當中的散射、法向、高光、輻照、深度、陰影、反射等信息逐一渲染到緩衝區當中。最後合併這些個緩衝區來渲染最後的圖像。GTA V中的渲染引擎將一幀要渲染的圖像，分解為Diffuse map，Normal map，Specular map，Irradiance map，Depth map，Stencil，SSAO和Reflection這八個不同的圖層，存儲在G-Buffer當中。最後依照某種方法去合併這八個圖層，得到一個大致的圖像。

當然，這一幀當中還缺少例如天空、反射物體（游泳池，大海）、透明物體（眼鏡）等使用defered shading沒有辦法渲染得到的東西。這些物體需要另外的渲染辦法。

所以可以很明顯的發現，實時渲染並不是真實地去模擬物理世界，而是像畫畫一樣，一層一層地拉近視覺上對真實世界的模擬。所以我們簡單對比來看，就會發現上面《怪獸大學》裡面的截圖更接近真實的世界，而下面的GTA的遊戲截圖會在細節上更加缺失一些。

但從來也沒有人說過，實時渲染就不可以光線追蹤；而且，離線渲染也充斥了各種只為滿足視覺體驗的hack渲染手段。所以孤立地區分開這兩種渲染辦法也不太有建設意義。

我相信啊，隨著計算機硬體技術的發展，GPU越來越牛逼，完全意義上的實時光線追蹤遲早也會被搞出來的，不是么？

想了解實時渲染，請參閱Real-Time Rendering Portal，這裡面包含了很多有用的東西。

還有SIGGRAPH里的關於實時渲染開展的course: Advances in Real-Time Rendering in 3D Graphics and Games

想了解離線渲染/基於物理的渲染/光線追蹤渲染等，請看看大名鼎鼎的PBR Physically Based Rendering: From Theory to Implementation

歡迎關註：

http://weixin.qq.com/r/2zlDW1XEWwgkrRE492zJ (二維碼自動識別)

是實時渲染

渲染技術不同

如果是電影動畫CG，那通常是CPU負責，一幀一幀的渲。一張圖要很長時間。當然，你得到的圖在光感、質感等各方面都是非常優秀的。因為一般這樣的渲染是基於計算機對光的模擬運算，實打實算出來的。比較費事。

3D遊戲里的場景也會有光，然而和CPU渲染有本質區別。首先3D遊戲里的光運算依靠的是GPU，也就是你的顯卡完成。通常情況下，遊戲引擎不會像渲染器一樣去追蹤光線多次的反彈。

一道光照射到物體上，光再反彈到其他地方，在其他地方繼續反彈。是一個非常複雜且幾乎是無限次的運算過程。

遊戲引擎最終光反彈的次數很少。所以你可以看到遊戲里的場景光影細節是嚴重不足的（相比CPU渲染），至少目前還無法做到很好。而且遊戲里的很多技術，是為了方便遊戲能在穩定幀數下運行的。所以有些效果，並非光運算。而是用一些更快的方式去模擬光感，甚至直接使用一些已經預渲染之後的貼圖，使得場景看上去像那麼回事就可以了。

而且人在觀察運動的場景，對這些細節的處理其實並不是特別敏感。但一旦靜幀，差別就很大了。

所以，如果截圖迪士尼這些3D動畫電影，你會得到一張非常高清且光感自然的圖像。而遊戲截圖（3D實時運算）就差很多。然而，當你在玩遊戲的時候，實際上對這些細節並不是十分在意。技術越是成熟，帶來的提升感就會越來越小。

你想像一下從PS進化到PS2的畫面，提升非常高，然而PS2進化到PS3就不如之前這麼強的對比，現在PS3進化到PS4在變化上也是有，但遠不如PS2進化到PS3那種感覺了。

遊戲引擎的進步在縮小CPU渲染和GPU渲染的感官差距

如果要簡明扼要的說CPU渲染和GPU渲染的不同

CPU渲染追求更加真實的渲染效果，通常是真實光運算

GPU渲染追求更快的渲染結果，通常是模擬光感

是實時渲染的。

你先拿離線渲染的數據，提出一張1080p抗鋸齒的圖要好幾分鐘，然後又套到遊戲的語境，顯然是邏輯混亂。實時渲染1080p抗鋸齒的1/30秒之內完成太正常了。

實時渲染可以不擇手段

只要看來大體像那麼一回事就行了

並不要求物理上是精確的

甚至都不要求物理上是正確的

並且大多是局部模擬

就像畫畫一樣

而非實時的為了達到真實性

就是實打實的去做全局的物理模擬

為的是達到物理真實

就像攝影一樣

兩者的目的不同

側重點也不一樣

計算量也不在一個數量級上

所以 3D 遊戲不會用 Raytracing 啊。

演算法不同,CPU渲染光線跟蹤可以很多次,引擎基本上2-3次,還要預先烘焙,光照陰影這塊,基本是假演算法,當然GPU並行運算能力也算是解決方案,但是依照現在GPU能力,實時計算這些依然不現實,只能用假的咯