揭秘：實(shí)時(shí)渲染、離線渲染、云渲染和混合渲染的區(qū)別

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(guò)程。

常見(jiàn)的渲染類型有以下幾種：

實(shí)時(shí)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。本文嘗試用淺顯易懂的方式來(lái)進(jìn)行解釋，希望大家遇到這些概念，或者一些3D渲染引擎產(chǎn)品的時(shí)候，可以按照這些渲染分類，去快速的進(jìn)行定位和分析，更好的幫助我們理解和學(xué)習(xí)。

一、實(shí)時(shí)渲染

實(shí)時(shí)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(shí)的看到渲染之后的3D物體或者場(chǎng)景的效果。

實(shí)時(shí)，用數(shù)字怎么理解？至少24FPS：只有達(dá)到或者超過(guò)1秒鐘播放24張連貫圖像的速度，人眼觀看時(shí)就不會(huì)形成卡頓的感覺(jué)。

一般的實(shí)時(shí)渲染場(chǎng)景都是帶有強(qiáng)交互屬性的，比如最常見(jiàn)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(shí)渲染的場(chǎng)景中，這些應(yīng)用都會(huì)獨(dú)立運(yùn)行在我們的電腦、手機(jī)上，通過(guò)本地的硬件能力完成實(shí)時(shí)渲染的過(guò)程。因此，玩大型游戲的話，硬件性能一定要好。

實(shí)時(shí)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(shí)，減少渲染時(shí)間，達(dá)到很好的實(shí)時(shí)性交互。

二、離線渲染

離線渲染（Offline Rendering）這個(gè)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(duì)的。

離線渲染是跟實(shí)時(shí)渲染相對(duì)應(yīng)的，簡(jiǎn)單說(shuō)就是我們不需要實(shí)時(shí)地看到渲染效果的場(chǎng)景。

這種場(chǎng)景最常見(jiàn)的就是我們的家裝效果圖。做過(guò)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(huì)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(shí)地去渲染一張效果圖，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底要多高了。

實(shí)時(shí)渲染，雖然渲染速度快，可以實(shí)時(shí)生成渲染內(nèi)容，但是渲染的效果和真實(shí)度相對(duì)來(lái)說(shuō)是不可能特別高的。對(duì)于離線渲染的場(chǎng)景，基本都是對(duì)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(shí)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(gè)最常見(jiàn)的就是好萊塢影視大片、3D動(dòng)畫(huà)等影視場(chǎng)景。他們都需要達(dá)到一個(gè)非常逼真的渲染效果甚至是完全真實(shí)的場(chǎng)景復(fù)現(xiàn)，但是對(duì)實(shí)時(shí)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(zhǎng)。比如我們耳熟能詳?shù)摹栋⒎策_(dá)》，當(dāng)時(shí)動(dòng)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(gè)多月。

說(shuō)到這大家應(yīng)該會(huì)有一個(gè)疑問(wèn)了，怎么可以用到40000顆CPU來(lái)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?cè)谧黾已b效果圖，是可以用自己的一臺(tái)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(huì)特別好。

因此，完成整套渲染計(jì)算的過(guò)程到最終出圖是需要很長(zhǎng)時(shí)間的，當(dāng)然電腦硬件越好，時(shí)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)到很高的渲染效果，同時(shí)肯定也是希望出圖的時(shí)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(chǎng)。說(shuō)到渲染農(nóng)場(chǎng)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(wàn)顆CPU或者GPU的集群，來(lái)專門(mén)服務(wù)那些需要快速完成離線渲染的用戶。

這就是為什么《阿凡達(dá)》的渲染會(huì)用到那么多CPU的原因，當(dāng)然現(xiàn)在基本都是采用GPU來(lái)進(jìn)行渲染工作了。渲染農(nóng)場(chǎng)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(shuō)，只要提到渲染農(nóng)場(chǎng)，它是離線渲染場(chǎng)景中的一種渲染形式，但是實(shí)際上它恰恰是在線的。

離線渲染追求渲染質(zhì)量，不要求實(shí)時(shí)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(lái)進(jìn)行真實(shí)度極高的渲染過(guò)程。通過(guò)渲染農(nóng)場(chǎng)的云端計(jì)算能力，盡量地減少渲染時(shí)間。

三、云渲染

云渲染（Cloud Rendering），這個(gè)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(chǎng)的時(shí)候，并沒(méi)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(lái)說(shuō)，渲染農(nóng)場(chǎng)這種離線渲染就是屬于云渲染范疇的。

但是，我們通常對(duì)于云渲染的理解，一般都是在云端完成實(shí)時(shí)渲染的場(chǎng)景。

上面我們提到的實(shí)時(shí)渲染大部分時(shí)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(duì)于終端硬件的要求是比較高的，不然“卡頓”肯定是無(wú)法避免的。

云渲染的出現(xiàn)就是為了解決這個(gè)問(wèn)題：讓硬件性能不太好的終端也可以實(shí)時(shí)的渲染效果不錯(cuò)的3D內(nèi)容。

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(shí)地傳送給我們的客戶端，客戶端就變成了一個(gè)視頻播放器，對(duì)視頻流進(jìn)行解碼和播放，這個(gè)過(guò)程中可以監(jiān)聽(tīng)一些鼠標(biāo)和鍵盤(pán)操作，來(lái)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(duì)于大眾來(lái)說(shuō)，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(huì)發(fā)燙了。目前云渲染的場(chǎng)景主要也是體現(xiàn)在游戲場(chǎng)景中，即云游戲。

當(dāng)然還包括一些對(duì)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。

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

四、混合渲染

混合渲染（Hybrid Rendering）從字面意思就是非單一方法的渲染機(jī)制。這也就使得這個(gè)詞，沒(méi)有一個(gè)完全標(biāo)準(zhǔn)且唯一準(zhǔn)確的定義。首先大家需要明白，渲染的最終目的是呈現(xiàn)畫(huà)面，不論是圖片，視頻，還是實(shí)時(shí)交互的場(chǎng)景。那為了這個(gè)最終的呈現(xiàn)結(jié)果，如果渲染過(guò)程中采用了很多種方案來(lái)混合實(shí)現(xiàn)，就可以說(shuō)它是混合渲染。

下面從不同的角度，總結(jié)了一些混合渲染的形式。

基于管線的混合渲染

基于管線的混合渲染，指的是一條渲染管線中，會(huì)用到不同的計(jì)算承載方式，最終來(lái)完成渲染工作。

① 光柵化（Rasterization）

渲染管線中，這是最基本的計(jì)算承載方式。它對(duì)于一些光線不是很復(fù)雜的場(chǎng)景仍然是可以勝任的，但是如果光線一旦復(fù)雜，它就沒(méi)有辦法很好地勝任復(fù)雜的光線算法了，因此渲染效果也就不盡人意。

②計(jì)算著色器（Compute Shader）為了解決光柵化的計(jì)算效率低下問(wèn)題，現(xiàn)代圖形API都提供了計(jì)算著色器，即Compute Shader。它本質(zhì)是一種通用計(jì)算的能力（GPGPU），完全運(yùn)用在Compute Pass中的，是“專一”的計(jì)算單元，有了這種通用計(jì)算能力，就不再是光柵化中的“模擬”計(jì)算了，而是專業(yè)級(jí)的計(jì)算能力。③ 光線追蹤著色器（Ray Tracing Shaders）

就是特意為光線追蹤這種數(shù)學(xué)算法而設(shè)計(jì)的，它由很多特殊著色器模塊的組合而成。

這三種計(jì)算承載方式之間并不是誰(shuí)要代替誰(shuí)，也沒(méi)有一種完美的方法。而應(yīng)該對(duì)于不同的場(chǎng)景，運(yùn)用不同的方法。只要混合使用了不同渲染方法的渲染管線，都可以理解成是混合渲染的一種體現(xiàn)。

基于數(shù)據(jù)的混合渲染

基于數(shù)據(jù)的混合渲染，指的就是對(duì)一個(gè)3D場(chǎng)景中的不同3D資源（模型，場(chǎng)景等）進(jìn)行分類，相當(dāng)于對(duì)3D資產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行拆分，把不同類別的3D數(shù)據(jù)放到不同的渲染節(jié)點(diǎn)進(jìn)行渲染，最后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，把數(shù)據(jù)合并到一個(gè)需要顯示輸出的節(jié)點(diǎn)上，進(jìn)行最終的呈現(xiàn)。

基于硬件的混合渲染

基于硬件的混合渲染，指的就是CPU和GPU可以同時(shí)參與渲染任務(wù)的一種混合渲染模式。

• 基于框架的混合渲染

基于框架的混合渲染，指的是渲染過(guò)程可以從之前的框架轉(zhuǎn)移到另外一個(gè)全新的框架上實(shí)現(xiàn)。

總結(jié)下就是，混合渲染沒(méi)有一個(gè)固定的定義，只要把“渲染”混合使用，都可以叫混合渲染。

目前，我們已經(jīng)介紹了離線渲染、實(shí)時(shí)渲染、云渲染、混合渲染。要強(qiáng)調(diào)的是，它們之間所用到的技術(shù)和場(chǎng)景，有很多都是相互交疊在一起的，并沒(méi)有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)唯一的準(zhǔn)則。其實(shí)渲染本身，就是一個(gè)數(shù)學(xué)算法在計(jì)算機(jī)上的運(yùn)算過(guò)程，它們都有各自的優(yōu)劣和使用場(chǎng)景，大家可以按照渲染分類，去快速的進(jìn)行定位和分析，更好解決我們遇到的問(wèn)題！

本文來(lái)源：Orillusion