3D引擎行业专题研究：下一代互联网的“CAD”

XGundam05 · 发表于 2023-2-3 22:03

（报告出品方/作者：中信证券，廖原、许英博、李雷）
3D 引擎：通用基础工具，实时渲染构筑核心能力

行业定位：游戏开发底层链条，3D 内容制作中枢环节
3D 引擎：产业基础设施，模块化封装赋能游戏快速开发。3D 引擎始于游戏行业，典型的游戏开发流程包括概念构思、3D 内容创建、关卡设计、光照、执行等五个操作阶段。游戏开发前期的 3D 素材、模型等一般通过 Maya、3D Max 等软件进行创造，操作相对简便。而在后期执行阶段，开发者需要处理大量的渲染、碰撞检测、特效等流程并考虑各环节的互动性，一方面流程的复杂性增加了创作者的开发难度，另一方面多线程开发导致流程间的交叉互动变得困难。3D 引擎通过将游戏开发所涉及的必要元素进行模块化封装，如物理运算、底层渲染、特效系统等，为游戏创作者提供了灵活易用的开发套件，并定义了游戏开发的流水线作业标准，降低不同模块间协作的沟通成本，缩短游戏开发周期。
3D 引擎赋能游戏创作，为开发者提供可直接调用的功能模块。通用 3D 引擎为满足不同的开发需求，集成众多功能模块，包括声音模块、渲染模块、图形系统、UI 系统、内存管理等。其中，渲染模块既是 3D 引擎的核心功能，也是决定游戏品质的重要环节之一，将直接影响画面精细度、流畅度、沉浸感等。不同功能的模块通过 3D 引擎有机结合，彼此间的互动反馈构成具有逻辑线条的虚拟世界。 3D 引擎处于游戏研发的“中枢”环节，是应用软件与硬件资源间沟通的桥梁。用户在玩游戏时，对实时交互有着较高要求，玩家通过点击、触控等方式对游戏中的画面、角色等进行控制，并获得实时的画面反馈。这一过程的实现需要三个层级的配合：即上层应用程序人机交互，中间层游戏逻辑控制，底层硬件计算画面渲染。作为游戏实时交互和实时渲染的关键环节，3D 引擎处于游戏开发链条的“中枢”位置，其向上承接用户与游戏之间互动的接口，接收交互信息数据，通过控制模块给出实时反馈；向下通过调用 DirectX、 OpenGL 等图形库实现对 CPU、GPU 等显示硬件的资源调度，进行实时渲染。

产品核心：实时渲染构建 3D 引擎通用能力
实时渲染是 3D 引擎核心通用能力。渲染是影响用户体验的核心环节之一，细节丰富的画面可以带给用户更多的真实感和沉浸感。通常，制作电影、动画等仅具有播放展示功能的 3D 内容，可以采用离线渲染的方式。为呈现更加精彩的画面效果，离线渲染通常会牺牲时间成本来增添更多渲染细节，如《阿凡达 2 水之道》的渲染时长达数亿级别的线程小时。而具有互动性质的应用内容则需要实时渲染，如 30fps 的内容即需要每秒渲染 30 帧画面来呈现动画效果，对流畅度具有更高要求的游戏则需要更快的响应速度，3D 引擎是解决实时渲染的重要底层工具。
渲染的发展方向：画面效果精细化，渲染管线可编程化。随着游戏行业的不断发展，用户对游戏画面的效果要求越来越高，而决定渲染品质的核心变量存在于渲染管线（Render Pipeline）中。传统的渲染方式为固定管线，开发者无法进行编辑，为了使画面层次、细节等具有更高的灵活性和可扩展性，管线中顶点着色器、细分着色器、几何着色器、片元着色器引入了可编程方式，使开发者可以发挥更多创造力制作精良的内容，常见的图形 API 包括开源的 OpenGL、微软的 DirectX 等。
3D 引擎是对图形 API 的再封装，提供跨平台兼容性，显著降低创作者开发门槛。渲染管线的可编程性使画面效果得到大幅提升，但同时也要求开发人员具备较高的编程能力。根据图形接口的不同，渲染管线采用的 shader 编程语言存在差异，如 OpenGL 采用 GLSL （OpenGL 着色语言）、DirectX 采用 HLSL（高级着色器语言），而根据 GPU 硬件架构的区别，管线本身也存在一定程度的差异，这对应用创作者进行跨平台游戏开发造成了极大困扰。3D 引擎一方面提供了跨平台的 shader 程序编译能力，另一方面可以减少开发者对硬件资源调配的考虑，使其可以专注于效果的改善。

发展历程：软硬件协同发展，开放兼容大势所趋
发展历史：3D 引擎行业的发展历史是 3D 游戏行业发展史的缩影，软、硬件协同发展，共促产业进步。3D 引擎的问世源于消费端对 3D 内容的憧憬和需求，但受限于上游硬件算力、图形标准等技术问题，3D 引擎行业的发展始终处于快速更迭的状态。随着互联网的时代变迁，硬件终端变化所带来的软件平台差异化发展再度引发行业格局的重塑。 1993~2007 年，以 PC 和主机游戏为主战场，游戏引擎向 3D、画面效果精细化方向发展。1993 年《毁灭战士》成为世界上第一款 3D 游戏，3D 游戏的破圈使行业有了明确的发展方向。彼时，微软作为 PC、游戏主机的龙头，于 1995 年定义了 Direct3D 图形接口，为 3D 渲染的底层开发做好铺垫。在有了明晰的发展方向和底层技术支持后，3D 引擎行业迎来了发展机会。1998 年，Epic 公司发布了 Unreal 引擎和编辑器，并支持当时红极一时的 3Dfx Glide API，基于 3D 引擎开发游戏的商业模式正式登上历史舞台。随后在画面渲染效果方面，硬件技术的持续突破促使 3D 引擎的发展迈上新台阶。2001 年，GPU 的固定渲染管线引入了 Vertex Shader，渲染管线进入可编程时代；2006 年 GPU 架构升级，引入统一渲染架构，渲染效率大大提升。Epic 趁此东风，推陈出新，不断更新迭代虚幻引擎，推出了一系列红极一时的 3A 巨制游戏，如《生化危机》《战争机器》等。
2007 年至今，手机等移动终端用户规模暴增，移动游戏方兴未艾，跨平台游戏开发成为主流发展趋势。2007 年，随着 iPhone 的发布，移动端应用生态发展如火如荼。Unity 作为支持 Mac 环境开发的游戏引擎，在 2008 年自然过渡到了 iOS 生态，并于 2010 年支持了另一移动生态 Android。在移动互联网时代，游戏开发不仅要考虑画面呈现效果，更重要的是考虑如何兼容多样化的移动设备，触达更广泛的消费群体。Epic 作为 PC 时代游戏引擎巨头进入移动市场时节奏相对较缓，2010 年首次支持 iOS 平台，并发布了接近 3A 级的手机游戏《无尽之剑》，虽然赢得优秀的市场反馈，但在市场份额方面与早已进行生态布局的 Unity 相比已然落后。
发展现状：两维四象全域布局，多类引擎共促行业发展。3D 引擎行业历史发展进程中，伴随互联网时代变迁、软硬件技术更迭，行业本身出现了不同专业领域的发展方向。按引擎的开放程度划分，可以分为商业通用引擎和游戏公司自研引擎两类；按引擎的适用对象划分，可以分为专业引擎和娱乐引擎。不同类型的游戏引擎针对不同的应用场景，各有所长，共同构建行业发展格局。横向来看，通用引擎面向跨平台跨行业的开发者，意在提供底层通用性工具；自研引擎由大型游戏公司开发，重于游戏专业效果的提升。常见的通用引擎主要包括 Unity 以及 Unreal 引擎，通过提供底层基础开发工具，降低 3D 数字化内容开发门槛，其广泛应用于移动、PC、主机等终端设备，支持 Windows、Mac、iOS、Android 等多平台，赋能 3d 游戏内容创作、工业数字孪生、建筑设计、动画电影等多领域。自研引擎主要由各大游戏厂商自研自用，如 Valve 公式的 Source 引擎、育碧的 Anvil 引擎、网易的 NeoX、Messiah 引擎、腾讯的 Quicksilver 等，通过打造自研引擎可以对游戏视觉效果和交互体验实现更加精准和定制化的掌控。
纵向来看，专业引擎提供更具扩展性的操作工具，助力精品大制作游戏的打造；娱乐引擎给予开发者简易的创作模块，推动 UGC 商业模式的发展。专业引擎一般面向具有一定开发经验的游戏创作团队，通常会提供更具弹性的操作空间，开发者可以基于引擎工具中的资源进行二次创作，实现更加优秀的视觉体验。娱乐引擎帮助开发经验较少或初学者进行游戏创作，通过简单的模块调用可以打造丰富的游戏功能，而这也促使游戏行业由 PGC 向 UGC 方向发展，构建“用户娱乐-用户消费-创作者获得收入-创作者创作更好的内容-用户参与度提升”的经济循环。

发展趋势：生态广泛、平台兼容、硬件适配是 3D 引擎商业化应用的重要发展方向。不同类型的 3D 引擎针对不同的下游市场具有差异化竞争优势，而对于 3D 引擎商业应用而言，如何建立更广泛的开发者生态、做到平台间的低成本兼容、满足更多用户的硬件性能要求是在当下引擎能力发展趋于成熟时期的立足之本。 1. 生态广泛：专业化的 3D 引擎具有一定程度的学习门槛，当开发者习惯于某种引擎的语言、操作界面后较难迁移至其他引擎。因此，当某种 3D 引擎被大部分开发者所使用时，相当于建立了天然的用户粘性和行业进入壁垒，开发者生态建设将成为行业发展的重点抓手。 2. 平台兼容：游戏跨平台开发成为主流发展趋势之一。根据 Unity 发布的《Unity Gaming Report 2022》数据，2021 年跨平台游戏数量较 2017 年增长约 200%。考虑到未来终端设备的不断发展，横跨 PC、主机、手机、AR/VR 设备等平台的游戏有望大量涌现，3D 引擎或将朝更大程度的平台兼容性方向发展。 3. 硬件适配：不同硬件终端的显卡性能存在差异，为触达更大范围的用户群体，3D 引擎除了考虑丰富渲染能力外，还需要向下兼顾硬件适配性，使更多玩家可以体验到优质内容。
竞争格局：由美国公司引领的双寡头市场

行业格局：通用引擎份额集中，双寡头引领市场发展
3D 引擎市场份额日趋集中，Unity、Unreal 两大引擎分庭抗礼。随着移动互联网兴起，移动游戏成为全球游戏市场规模增长的重要驱动力。根据 Newzoo 数据，2012~2021 年，全球游戏市场规模由 706 亿美元增长至 1801 亿美元，CAGR 为 11%，其中移动游戏规模由 127 亿美元增长至 1063 亿美元，CAGR 达 27%。移动游戏的崛起直接推动 3D 引擎行业格局的变化： 1. 移动游戏以大量中长尾开发团队为主，其本身往往不具备完善的游戏创作能力，通用引擎以其易用性和灵活性满足其需要，逐步占领市场； 2. 移动游戏以轻量化休闲类应用为主，简便易用、开发效率高的 3D 引擎更受青睐， Unity 在移动端布局较早，为开发者提供了简单高效的轻量化开发工具，因此在移动互联网时代获得了较高市场占有率，Unreal 引擎以 3A 巨制为主，随后也在移动端加入布局。根据竞核数据，通用引擎市场份额由 2010 年的 14%上涨至 2021 年的 75%，其中 2021 年，Unity 引擎市占率达 49%，Unreal 引擎达 10%，两大引擎占据主要市场地位。
细分结构下两大引擎各有所长，技术方向决定下游应用类型。上文已阐述 Unity 受益于移动互联网时代浪潮，其抓住了移动游戏的发展趋势，打造更适合中长尾团队的轻量化游戏开发基础工具，因此市场份额相对领先；而 Unreal 更专注于 3A 巨制的应用场景，其主要布局在 PC 及主机端，因此成长性相对弱势。根据 Roundhill 数据，截至 2022 年 3 月 31 日，Steam 平台上的 5 万余款游戏中，采用的游戏引擎前三名分别是 Unity（46%）、自研引擎（26%）、Unreal Engine（12%）。进一步观察 Steam 平台上 Top250 款游戏，根据 ResearchGate 数据，2021 年其采用的游戏引擎中，Unity、Unreal 分别占 21%、18%， Unreal 在大型游戏的相对技术优势得以显现。

聚焦在产品上来看，Unity 引擎对游戏开发者而言更易上手，其支持 C#、JavaScript 等语言，具有使用简单、易扩展的编辑器，在社区生态上也有着更加活跃的环境便于学习和交流；而 Unreal 引擎开发难度相对较高，其采用 C++语言开发，编辑器有一定程度的学习门槛但功能强大，在生态上主要以经验丰富的开发者为主。两家收费模式也存在差异： Unity 采用订阅制收费模式，并按用户的收入体量等进行分层级收费；Unreal 一开始对所有开发者免费使用，在产品生命周期收入超过 100 万美元时，收取 5%的流水分成费用。
Unity：横向扩展，内生外延布局 3D 引擎通用能力
战略分析：跨平台应用部署，构筑生态护城河。Unity 是一家跨平台的实时 3D 引擎公司，其所提供的工具覆盖电脑端、移动端、主机、VR/AR 设备等多种硬件体系，支持 iOS、 Android、Windows、PS4、ARcore 等 25 余个平台，提供包括游戏、数字孪生、汽车运输、电影、建筑、零售等多个行业的解决方案。Unity 引擎为开发者提供了一套简便易用的通用基础工具，开发者仅需要基础操作便可以完成数个平台的应用部署或移植，因此平台吸引了大量来自不同开发背景的工程师来参与创作，2021 年 Unity 的游戏引擎市场占有率近 50%。与此同时，随着开发者生态的日益壮大，来自不同平台的应用插件、扩展方案也使得 Unity 引擎的通用性更加凸显，反哺引擎工具能力扩展。
外延并购，丰富引擎创作能力。3D 引擎中包含多种类型的功能模块，如声音、渲染、动画、数据管理等，任何一个模块的表现都会对最终呈现结果产生一定程度的影响。Unity 基于自身通用引擎的定位，并购行业内相关标的，如 AI 图形工具 Artomatix、模拟仿生特效提供商 Ziva Dynamics、影视视觉特效供应商 Weta Digital 等，丰富引擎的创作能力。
产品矩阵：以 3D 引擎为核心，横向打造从内容创造到商业变现的全链路解决方案。 Unity 依托在 3D 引擎领先的市场占有率，掌握了游戏等领域的流量优势。其中，大量的游戏开发者属于中长尾创作团队，且游戏类型以休闲类游戏为主，游戏本身对玩家的氪金吸引力较低，因此往往存在更迫切的变现需求。Unity 通过天然的流量优势，打造 Unity Ads 等广告变现平台，为其客户提供从工具到变现的全流程服务模式。
Create Solutions 提供多层次全方位的 3D 引擎工具，商业模式采用订阅制。Unity 针对不同的用户群体，提供相对应的产品方案，并收取不同的订阅费用。如截至 2022 年 12 月，针对年收入少于 10 万美元的创作者，Unity Personal 让其免费使用；针对年收入高于 20 万美元的创作者，Unity Pro 可以提供更加丰富的服务资源，订阅价为 2040 美元/ 年/席。不同引擎产品均包含基本的服务功能：可视化脚本、SCM 版本控制等。Unity Plus 相较于 Unity Personal 增加了画面定制化、云端检测服务；Unity Pro 相较于 Unity Plus 增加了部署游戏主机、AR/MR 授权工具、Havok 物理引擎、优先客户咨询等功能和服务。
Operate Solutions 围绕获客、变现、归因等服务展开。Unity 在广告主采用 CPI 或 CPM 方式结算，流量主采用 CPM 结算模式。在 AppsFlyer 第 15 期榜单中，Unity Ads 在应用内广告游戏品类榜单位居第一、应用内购买休闲类游戏榜单排名第四。公司围绕游戏垂类，打造从游戏开发创作到游戏获客、游戏数据分析、游戏变现的全生命周期服务模式。

财务表现：双轮驱动营收稳步增长，3D 引擎收入增速表现良好。Unity 营收保持稳步增长，2017 年公司收入 3.8 亿美元，2021 年增长至 11.1 亿美元，CAGR 达 30.7%，2022 年前三季度营收达 9.4 亿美元。按细分结构来看，创意解决方案及运营解决方案均保持良好发展趋势，其中以 3D 引擎为主的创意解决方案营收增速持续提升，2022 年前三季度创意解决方案营收达 3.7 亿元，同比增速 61.4%。
研发持续投入，利润端承压。以公司 2022 年前三季度数据为例，销售成本、研发开支、销售及市场费用、一般及公共支出分别占营收的 32%、73%、33%、26%。较高的研发支出是导致利润端为负的重要因素之一，其主要包括开发人员相关成本、第三方软件服务、专业服务等。我们认为，在 3D 引擎技术日新月异的快速发展时期，Unity 不断加大研发投入，有利于保持其技术方面的市场领先地位，有望在未来更多垂类释放盈利潜力。
大客户数量不断提升，Net Dollar Retention 保持较高水平。Unity 过去 12 个月贡献超过 10 万美元的客户数量不断提高，由 2018 年的 484 个提升至 2022Q3 的 1075 个。 Net Dollar Retention 维持较高水平，2018~2021 年分别为 124%、133%、138%、140%，反映出平台较强的用户粘性和盈利能力，2022Q3 下降至 111%，主要系宏观背景下部分游戏公司降本增效的趋势影响。
Epic Games：纵向延伸，深耕 3A 巨制实时渲染技术
战略布局：专精 3D 引擎技术研发，渲染效果引领行业动向。Unreal 引擎自 1998 年推出以来，于 2022 年已更新至第五代，其更新版本主要引入两大核心技术：Nanite 虚拟几何体技术以及 Lumen 全动态全局光照技术。新技术的引进标志着 3D 引擎对实时渲染能力的再次突破，为未来更加逼真、沉浸式的实时交互场景应用提供了可能性。 1. Nanite 虚拟几何体技术：采用高度压缩的数据格式，使三角形和对象的实时渲染数量达到更高数量级，增加实时渲染建模细节，提升影视级高精度 3D 模型的渲染效率，使创作者无需考虑细节面数过多而导致的渲染时间过长的问题。 2. Lumen 全动态全局光照：主要为次世代主机以及建筑可视化等非游戏领域的高端可视化设计。可以实现模拟光线在场景中的反弹而无需 CPU 或 GPU 光照烘焙，并提供动态光照效果。

产品结构：3D 引擎赋能游戏开发，“工具+应用”垂直化发展。Epic Games 起家于游戏研发，并逐步将游戏引擎作为单独产品提供服务。公司基于自研 Unreal 引擎推出《堡垒之夜》《无尽之剑》等游戏作品。Epic Games 通过 Unreal 引擎、自研游戏、Epic Games 商城以及 Epic 在线服务打造了端到端的数字化生态体系，赋能开发者创作并运营游戏及其他内容。公司以 3D 引擎为底层核心技术，打造“工具+应用”的产品矩阵。此外，公司打造 Epic Games Store 平台，帮助开发者进行游戏发行工作。与传统平台如 Steam 的 30% 分成相比，Epic Games 商城分成比例仅为 12%，若游戏开发采用 Unreal 引擎可以免除其 5%的引擎分成费用。公司大力推进应用生态建设，通过布局由底层工具 3D 引擎，到游戏运营及发行的全链路，实现行业垂直化资源整合。
Unreal 引擎主要分为 3 种类型的许可：标准版许可、企业计划、定制许可。其中标准版包含所有虚幻引擎功能、完整的 Quixel Megascans 素材库、所有学习资料及社区支持；企业计划增加高级支持、专属培训功能；定制许可增加了访问 Epic 专属 Perforce 库权限。不同类型的许可面向不同的客户类型，采取差异化收费策略。
依托 Unreal 引擎，打造爆款游戏《堡垒之夜》。《堡垒之夜》是一款 F2P 游戏，主要玩法为：1.合作射击模式；2.大逃杀吃鸡模式；3.创意沙盒模式。根据 Epic 财务数据，《堡垒之夜》于 2018 年实现 54.77 亿美元的收入，是当年全球最赚钱的游戏之一，而同期其游戏引擎 Unreal 收入规模为 1.24 亿美元、Epic Game 商城收入为 200 万美元。公司游戏业务的为其发展提供了坚实基础和充足的现金流保障。
下游发展：始于游戏，以通用性触达更大TAM

下一代科技互联网爆发前夕，3D 引擎是底层基础软件之一。从科技互联网历史发展维度看，行业革命性的发展浪潮往往由底层的软硬件技术突破所驱动。现阶段，底层硬件如 CPU、GPU 等已具备大规模计算能力；AI 在机器视觉和 NLP 领域的表现逐渐接近或超过人类水平。我们认为，底层技术的发展已推动我们站在了迈向下一代互联网的前沿位置。我们在《元宇宙：引领未来 20 年科技发展浪潮》（20220216）的元宇宙深度报告中阐述了下一代科技创新的发展趋势，认为元宇宙的终局是人类基于下一代科技硬件的数字化生存，3D 数字世界对物理世界的复刻和相互影响。3D 数字世界中，创造出类似物理世界的场景并能够实现实时交互需要多种能力，包括对现实世界的测量、对物理世界的虚拟化、虚拟世界的实时运行等。目前，3D 引擎作为能够统筹协调画面渲染、声音处理、物理碰撞、数据管理等能力的基础软件或将成为下一代科技互联网的通用工具之一。

3D 引擎以实时渲染等通用能力，支撑元宇宙发展。从供给侧看，3D 引擎的发展历程始于游戏开发，而在这一阶段，软件积累了游戏实时渲染、实时交互，以及游戏开发协同作业的能力和标准。这些在游戏领域的重要能力具备一定程度的通用性，可以自然迁移至其他行业。从需求侧看，无论是消费还是工业领域，包括但不限于社交、娱乐、工业、制造等，人类对 3D 实时交互及画面直观呈现的需求长期存在。因此，在硬件算力、软件算法具备应用条件时，3D 引擎有望以其通用能力支撑未来元宇宙的发展。
短中期维度，我们看到行业内 Unity、Unreal 等头部通用 3D 引擎在游戏领域外，以实时渲染+实时交互的底层能力持续扩展应用场景，如 AEC 设计场景展示、汽车智能座舱等；中长期角度，3D 引擎将有望成为元宇宙的底层工具，为消费元宇宙领域的游戏、虚拟人，以及工业元宇宙的数字孪生等提供解决方案。
短期成长具备高确定性，实时渲染拓宽应用边界
头部通用 3D 引擎由游戏出发，拓展应用场景。从短期角度看，行业内两大头部引擎 Unity 及 Unreal 目前已由游戏市场逐步拓展到建筑设计、电影创作、数字孪生等下游应用领域。3D 引擎本身所提供的实时渲染能力，可以帮助上述行业实现更加直观的场景呈现以及动态的实时交互，给予客户更佳的开发体验和更强的工程交付能力。
游戏：缩短开发周期，降低开发成本。现阶段游戏制作需要游戏引擎的支持。除两大通用引擎 Unreal 、Unity 引擎外，各大游戏公司针对自家特点，也分别打造自研引擎，如 EA 的寒霜、育碧的 Anvil、网易的 NeoX、Messiah 以及腾讯的 Quicksilver 等。3D 引擎在游戏领域的应用大大降低制作复杂度，开发者通过简单的调用已封装好的功能模块即可实现复杂功能，缩短游戏开发周期，降低游戏开发成本。
建筑：概念设计可视化，更直观地展示成果。在建筑设计领域，工程师完成项目设计需花费时间成本，另外如何将相关成果通过可视化方式呈现给客户也是行业所面临的痛点之一。利用 3D 引擎所提供的渲染能力，建筑设计师无需担心光照贴图、物理渲染等问题，在软件操作层面实现了流程简化，在成果展示方面也可以实现更加直观生动的可视化效果以及实时交互，如扎哈建筑事务所利用 Unreal Engine 探索打造了相关项目的开发和展示。
汽车：行业初探索，打造智能座舱人机交互。汽车座舱向智能化方向不断演进，智能座舱未来有望成为人机交互的主要媒介之一，其在空间体验、屏幕联动、语音&手势交互等方面不断进步。小鹏汽车与 Unity 展开合作，在 G9 系列上打造了 3D UI 人机交互系统，其可以将车辆周围信息实时投射于车机屏幕上，提供更全面的场景信息；可以观察车辆自身状态，通过人机交互实现对车身的控制。我们认为，3D 引擎作为基础工具有望推进汽车行业智能化发展，在智能座舱、人机交互等方面提供底层支持。

电影：技术突破，高精度渲染打造逼真场景。电影行业对画面渲染的精细度要求严格，精细度低、画面失真将会导致观众难以产生代入感。随着 3D 引擎在光线追踪、刚体运动等技术的进步，渲染效果越发真实，促进电影行业 CG 技术的突破。如星球大战利用 Unreal Engine 实现金属外壳反光、阿凡达 2 与 Unity 旗下 Weta Digital 合作打造水下世界。
中长期发展看下一代互联网，3D 交互赋能创新应用
前瞻布局元宇宙，通用能力触达更大 TAM。从中长期角度看，随着硬件算力提升、软件算法突破，元宇宙将推动下一代互联网的科技革命浪潮，3D 引擎或将推动消费元宇宙领域发展，如云游戏、虚拟现实行业；以及工业元宇宙领域，如数字孪生等。3D 引擎行业将从游戏开发基础软件的定位转向下一代互联网实时渲染及交互的底层通用软件。云游戏：供需共同推进行业发展，云游戏走下“云”端。云游戏行业逐步进入大众视野，爆款游戏云化及云原生游戏备受关注。从需求侧看，云游戏的发展主要受游戏用户对游戏画面的精细程度提出更高要求推动，模型面数越高，游戏画面细节越丰富，用户的沉浸体验感就越强。移动端游戏由于硬件条件限制，具有强烈的云化需求；而端游为降低对硬件设备的依赖，对云游戏也提出相应要求。从供给侧看，技术能力的升级使云游戏迎来了黄金发展时期：1）5G 通信技术使网络带宽负载及网络传输能力得到大幅提升，云端到终端的数据传输得到效率保证；2）云计算技术快速渗透，云端实时计算能力大幅提升；3）3D 引擎为创作者提供了基础开发工具，实时渲染及实时交互技术愈发成熟，云游戏高清画面呈现能力得到大幅提升。云游戏行业的发展已具备了技术上的可行性。
目前，云游戏的商业模式主要分为三类：时长费用与会员组合制、周期订阅制、免费和内购组合制。时长费用与会员组合制按照用户游戏时常进行计费，并收取会员费用；周期订阅制按照周或月等周期进行收费；免费和内购组合制一般对游戏道具进行收费。目前云游戏的商业模式仍处于初期探索阶段，随着云端算例成本的下降、消费端对客户消费习惯的培养，云游戏的经济模型将有望逐步改善。
云游戏空间逐渐释放，中国市场有望实现高增长。根据 Newzoo 数据，2019~2021 年，全球云游戏市场规模分别为 1.52 亿美、6.69 亿美、15.71 亿美元，Newzoo 预测 2024 年，这一数字将达 65.32 亿美元，三年 CAGR 达 60.8%，市场迅速成长。中国 5G 覆盖率程度高，同时互联网渗透率较高，未来云游戏赛道有望在中国实现快速发展。根据中国信通院预测，2022 年，中国云游戏市场收入将达 79.2 亿元，2025 年将达 342.8 亿元，三年 CAGR 为 63.0%，略高于全球云游戏增速。
用户渗透率仍待提升，ARPPU 成长性可观。根据 Newzoo 数据，2021 年，全球云游戏付费玩家数为 0.24 亿人，占位于可获取云服务地区用户数的 4%，占游戏市场总玩家数量的 0.8%，云游戏尚处早期发展阶段，付费用户渗透率有较大提升空间。另一方面，2021 年，0.24 亿的付费用户支撑起全年 15.71 亿美元的云游戏收入，ARPPU 达 66.3 美元，反映出用户在云游戏中的投入价值较高。我们认为，随着云游戏内容侧的日益丰富、技术升级带来日益优化的用户体验有望继续推动 ARPPU 值的提升，进而推动行业规模的发展。

云游戏的发展离不开底层技术的支持，实现优秀用户体验的背后需要：1）大规模实时渲染能力；2）实时交互反馈能力。作为画面渲染以及实时交互的重要基础工具，3D 引擎持续赋能行业发展，有望受益于云游戏未来市场规模的逐步成长。虚拟现实：AR/VR 硬件设备快速放量，国内外大厂纷纷布局。作为元宇宙的硬件入口，国内外大厂纷纷布局 AR/VR 设备，以 Meta 的 Quest 系列、Pico Neo 系列为代表的 VR 一体机已进入出货高峰期。我们在《从 Pico 出发，中国 VR 整机的挑战与机遇》（20220823）报告中对全球 VR 设备出货量进行了预测，我们预计 2022/2023/2025 年全球 VR 出货量分别有望达 1400/2000/5000 万台。AR 设备端受限于技术发展，出货量规模相对较小，根据 Wellsenn XR 预测，2022/2023/2024 年全球 AR 出货量有望达 36/100/400 万台。
现阶段 AR/VR 产品处于初始阶段到普及阶段的过渡期，行业正向下一代智能终端方向演进。回顾移动时代手机设备的发展路径，我们认为底层算力、硬件技术以及应用生态是影响行业发展的重要因素。近期的 XR 设备正处于由可用向好用方向发展的过渡期。从底层算力来看，目前芯片主要由高通提供，未来苹果 XR 产品可能搭载自研芯片，更高的算力表现有望驱动更多精细化应用场景；从硬件层面看，光学、显示、传感等技术已完成了初步升级，相关技术正不断向更加轻便易用的方向演进；应用生态方面仍以娱乐休闲为主，并拓展至工业等应用场景，我们预计未来将会出现更多 XR+场景的出现赋能行业成长。

3D 引擎赋能 XR 平台应用发展，Unity、Unreal 率先布局。XR 领域应用内容的运行离不开 3D 内容的实时渲染与交互，3D 引擎作为基础工具持续赋能相关应用的开发。两大3D 引擎巨头均已布局相关赛道：Unity 打造 Unity Mars 开发工具，专门用于生产 AR 内容，其具备简易的工作环境及定制化模块等功能；Unreal 引擎与一众 AR/VR 厂商进行合作，打造 XR 设备内容创作平台。
数字孪生：连接数字与现实的桥梁，政策端积极布局技术发展。数字孪生是企业数字化的关键技术之一，在设计、制造、诊断、维护、优化等方面提供解决方案，为企业节约开支的同时提升生产效率，促进数字经济与实体经济的融合发展。我国多部门相继出台相关文件，推进数字孪生发展布局。2021 年，我国将数字孪生技术写入“十四五”规划，作为建设数字中国的重要发展方向。
数字孪生城市快速发展，中国市场位居全球前列。根据前瞻产业研究院数据，我国2020 年智慧城市市场规模达 14.9 万亿元，占全球规模的 22.7%，仅次于美国和西欧地区。前瞻产业研究院预测 2022 年我国智慧城市规模将达 25 万亿元，2014~2022 年 CAGR 达 55.27%。根据 IDC 数据，2020 年我国智慧城市市场支出规模达 259 亿美元，相关投资 2016~2021 年 CAGR 达 19.3%。
工业数字孪生应用场景率先落地，3D 引擎提供可视化解决方案。目前，工业数字孪生应用集中于工厂的可视化监控、产品设计仿真、设备运维等方面，在汽车领域为自动驾驶训练提供解决方案。宝马基于 Unity 引擎开发了在虚拟环境下的道路交通数字孪生场景，对其自动驾驶进行人工智能训练和测试，提高系统研发效率，3D 引擎在工业数字孪生领域实现商业化应用场景落地。
3D 引擎所提供的渲染及实时交互能力是数字孪生所需的必要能力之一，以 3D 引擎为技术底座的数字孪生有望持续赋能智慧城市、智慧轨交、工业互联网等应用场景。3D 引擎有望受益于以数字孪生为代表的智慧应用的长期发展。
行业聚焦：海外龙头前瞻布局，国内市场生态伊始

行业龙头发力中国市场，国内生态日渐成长。目前，通用 3D 引擎市场呈现美国公司 Unity 以及 Unreal 双寡头竞争的行业格局，Unity 作为行业龙头具有活跃的开发者生态以及领先的技术优势，其“工具+变现”的飞轮效应正逐步显现。中国市场目前处于起步阶段，并迸发出了多种商业路线，如阿里巴巴、佳都科技与 Unity 进行战略合作，合资打造 Unity 中国；一级市场创业公司不鸣科技自研 3D 引擎 Chaos。我们看好行业作为底层基础软件以通用能力拓展下游市场，在短、中、长期阶段或将触达更广阔的市场空间和较大的发展潜力。
行业龙头优势凸显，Unity 稳步扩张业务版图
收购 ironSource，Unity 扩张业务版图。2022 年 7 月，Unity 宣布收购 ironSource，以 44 亿美元进行股权置换完成交易，合并后 Unity 股东拥有合并后公司约 73.5%股份， ironSource 股东拥有约 26.5%股份。公司预计 2024 年底，此次合并将带来约 10 亿美元的调整后 EBITDA，在第三年协同效应将产生 3 亿美元的年度 EBITDA。我们认为此次收购将为 Unity 带来： 1. 产品层面：广告平台资源整合，将带来更广泛的数据来源（Unity Ads MAU 30 亿， Supersonic 下载量达 20 亿），提升 AI 训练能力，提高程序化广告推荐能力，最终实现更加高效的资源匹配； 2. 战略层面：补齐战略飞轮，使 Create solutions 和 Operate solutions 的经济模型更加完善，一体化开发变现平台更好地赋能开发者进行创作； 3. 财务层面：公司营收规模扩大。盈利能力方面，受益协同效应，公司预计至 2024 年产生 10 亿美元调整后 EBITDA。

进军国内市场，成立 Unity 中国。2022 年 8 月 Unity 宣布与合作伙伴达成协议并成立合资企业 Unity 中国。参投方包括阿里巴巴、中国移动、米哈游、吉比特、OPPO、佳都科技以及抖音集团等，Unity 中国投后估值为 10 亿美元。Unity 将 Create solutions 及游戏服务业务注入新公司，战略投资方将与之进行跨领域合作。同时，Unity 中国将为游戏开发者构建核心产品的本地定制版本，以及旗舰产品 Unity 编辑器的中国版。一方面，Unity 中国的成立使 Unity 可以更好地执行本土化战略，耕耘中国市场，并规范版权使用范围；另一方面，阿里巴巴、佳都科技等战略投资方凭借 Unity 的 3D 渲染技术可以实现智慧城市、智慧轨交等应用场景的开发和落地，实现战略互惠。
国内引擎崭露头角，不鸣科技开启商业应用
自主研发 3D 引擎 Chaos Engine，已在旗下游戏取得商业化落地。不鸣科技成立于 2011 年，是国内少有的 3D 引擎开发商。公司开发出具有完全自主知识产权的混沌引擎 ——Chaos Engine，应用场景包括数字娱乐、数字艺术、数字工厂、城市建设等领域。2020 年，公司开始研发 Chaos Engine 的云端版本，布局下一代游戏及其他应用场景。公司在 Chaos Engine 基础之上，自研推出 3D 客户端网络游戏《Conqueror’s Blade》，该游戏由网易代理发行，目前已服务全球超过 400 万游戏用户，支持 14 种语言，覆盖全球 176 个国家和地区，并 3 次登顶 Steam 免费游戏排行榜。
Chaos 工具链提供一站式解决方案，前瞻布局云原生引擎架构。公司自研引擎 Chaos 提供可视化编程工具，并为全球开发者提供实时互动平台，打造开放互联的一站式解决方案。2020 年，公司开启 Chaos 云化研发，打造云原生平行架构以更好适应未来多核处理的云计算环境。
（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）
精选报告来源：【未来智库】。

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