实时渲染技术——应用、主要优势和挑战

2023-07-19 20:03:10

沉浸式数字体验已成为我们技术驱动的世界的常态，而这些视觉上优美的场景背后的魔力就是实时渲染，实时渲染是从娱乐到建筑和教育等许多领域的支柱，能够推动沉浸式互动体验。本文，3DCAT小编将从实时渲染技术的各类应用、主要优势以及未来可能会面临的一些挑战入手，与各位一起讨论其详细内容！

3D实时渲染技术

（图源NVIDIA）

1、实时渲染技术应用

视频游戏

一说到实时渲染，就不得不提到视频游戏了，这是目前实时渲染十分流行的应用示例。该技术允许开发人员创建身临其境的交互式环境，立即响应玩家的操作，借助实时渲染，我们可以渲染复杂的 3D 模型、逼真的灯光效果和动态环境，且所有这些都以交互式帧速率进行。

vr虚拟现实

实时渲染的另一个流行示例是虚拟现实应用程序。与视频游戏一样，通过实时渲染，人们可以创建逼真的环境并通过和虚拟对象无缝交互而产生让人惊喜的 VR 体验，此外，实时 3D 渲染对于提供高分辨率、低延迟的图像渲染来说十分重要，而这又对于确保流畅舒适的 VR 体验也是至关重要的。

ar增强现实

除了虚拟现实环境以外，实时渲染技术还对于增强现实应用程序有着很大影响。目前实时渲染也已经广泛应用于 AR 应用程序中，它可以直接从设备实时叠加现实世界的数字内容。实时渲染解决方案结合商业领域会有特别的作用——用户通过试穿衣服、使用美妆产品或选择家具时，可以获得超真实的体验，也会更快地做出购买等决定。

建筑与设计

3D可视化已成为建筑设计过程中不可或缺的一部分。不过近年来，实时渲染彻底改变了建筑师和设计师的工作方式。首先，实时渲染为他们的项目创建交互式和真实的可视化，让客户在施工开始之前看到并“感受到未来家庭、办公室或购物中心的氛围”；

实时渲染-建筑设计3D可视化

（图源网络）

通过这种方法，建筑设计师们能够与客户建立更加感同身受的联系，并尽可能准确地传达设计理念。此外，实时渲染也有助于避免代价高昂的错误，并就施工过程做出明智的决策，到目前，建筑物、景观和基础设施项目的交互式逼真渲染已成为许多行业专业人士的必备工具。

电影电视

在电影和电视领域，CGI 和 CGI 动画是计算机图形学的主要选择。不过，也有需要实时渲染的地方。实时渲染让电影制作者能够快速有效地创建高度逼真的环境和特效，而无需进行冗长的后期制作工作，实时渲染技术可以营造出真实的氛围，吸引观众并有助于整体电影体验。因此，实时渲染已成为电影制作过程中不可或缺的一个方面，让导演能够以与观众产生共鸣的方式将他们的想法变为现实。

电子商务

随着越来越多的人转向网购，制造商和零售商面临着寻找有效营销其产品的方法的挑战。幸运的是，实时渲染彻底改变了公司展示其产品的方式，借助这项技术，顾客可以看到产品的极其逼真的细节，就好像他们真的在商店里一样。他们可以与产品互动，从多个角度查看它，放大和缩小，甚至改变它的颜色，这种身临其境的购物体验显着加快了购买过程，因为消费者可以比以往更快地做出明智的决定。另外实时渲染还使零售商能够在全球范围内扩大销售能力，甚至不用在全球全国到处开设实体店。

教育和培训

实时渲染在教育和培训领域变得越来越重要。在这里，实时渲染主要用于创建用于训练目的的真实模拟，例如医疗或飞行模拟器，这种训练可以让学生在安全可控的环境中练习技能并学习复杂的概念。

2、实时 3D 渲染的主要优势

速度：实时渲染的最大优势就是速度。由于渲染时间很快，艺术家可以动态探索和调整场景和模型，从而腾出更多时间进行创造力和实验，而且不再需要等待渲染完成就能立即生成数百张图像或动画并尝试新想法。

交互性：在交互性方面，实时渲染技术是一个游戏规则改变者。它允许用户以以前不可能的方式与图形交互，例如在视频游戏中，玩家可以控制角色的动作，这样就增加了全新的沉浸感。当涉及到建筑设计和室内设计时，实时渲染也可以使用户从各个角度放大并研究对象的每个细节，或是通过调整对象的颜色和材质来调整对象的外观，单击几下即可尝试不同的视角和任意时间。

效率：实时渲染比离线渲染要高效得多，因为它消除了预渲染帧的耗时过程，节省下来大量时间和资源，特别是在处理大型或复杂场景时优势很明显。

实时 3D 渲染优势

灵活性：实时计算机图形提供了极大的灵活性和实验优势，可以快速轻松地对场景进行更改，并立即实时反映。这在建筑或产品设计等行业特别有用，在这些行业中，快速原型设计和迭代至关重要，例如，我们可以轻松地尝试室内细节，尝试墙壁、壁纸和地板的不同颜色组合，并查看不同的设计选项在进行更改后的外观。实时渲染让我们可以测试各种想法并查看它们在现实中的外观，同时还节省下的时间内还能够优化设计等等，所有的决策都可以在施工或翻新开始之前完成。

真实感：实时渲染使专家能够达到高度真实可视化的新水平。一般来说游戏行业会通过提供极其逼真的环境和角色可视化来吸引越来越多的游戏玩家，帮助玩家沉浸在虚拟世界并享受计算机图形的强大力量。

协作：实时图形已成为协作项目的游戏规则改变者，允许多个用户或团队无缝协作。相当于一个人做出的更改可以被团队其他人及时地看到，大大提高了合作伙伴与客户之间的协作性，这种有效的项目协作为创作自由提供了新的机会，并保证了快速可靠的结果。

出色的营销工具：实时计算机图形可以向大家展示仍在建设中的房屋或公寓的内部、外部和周边区域。这为房地产行业提供了一个很高效额机会，就是在项目完成之前有更多的时间完成有利交易。此外，此选项也非常适合不方便参观该房产但又对该房产很感兴趣的人。此外，此类可视化还将成为设计师和建筑师以及专门从事高质量建筑演示以寻求竞争优势的公司的一个重要补充。

可见性和可访问性：在展示设计师、建筑师或制造商的概念时，实时 3D 渲染是理想的方法。与复杂的图表、绘图或草图相比，它提供了一种更清晰的方式来传达想法的所有细节，通过这种方法，创作者可以从各个角度检查对象的每个小细节，并根据需要进行放大。此外，这种保持真实感的演示使客户能够体验他们潜在的家庭或场所的氛围，让用户感到满意，最后它也是识别和解决未来会出现的问题的有效方法。

3、实时渲染未来挑战

在考虑使用实时 3D 渲染时，请务必记住，虽然它有很多好处，但也有某些方面需要注意，我们选择学习这种类型的渲染可能会遇到一些挑战，例如：

第一，实时渲染涉及必须快速执行的几何变换、着色和照明的复杂计算，这需要大量资源才能达到最佳效果。针对此挑战，我们可以使用提供强大的图形实时渲染计算服务的3DCAT实时渲染云平台，平台配备弹性 GPU 资源集群，支持自动负载均衡和伸缩扩容，支持海量用户同时安全访问应用，解决了终端算力不足、画面表现较差、初期采购成本高等问题。

GPU实时渲染

（图源网络）

第二，实现逼真的图形还需要突破可用软件和硬件资源的限制，而实时图形严重依赖 GPU 来快速执行计算。然而，并非所有系统都拥有强大的 GPU，因此使用者就必须要优化自己的一部分渲染方法，以在具有不同功能的不同平台上更流畅的工作。

第三，实时计算机图形也需要一定的专业技能，并且比离线渲染更具挑战性。通常艺术家们会使用细节级别管理、遮挡过滤和视锥体过滤等技术来优化每帧中渲染的几何体和效果的数量。最重要的是，很多控制权都交给了客户，在建筑或设计等行业，控制权通常是必不可少的，而将控制权交给那些可能一点都不了解基本设计的人管理，就可能会造成不可逆的后果。