渲染器如vray等和游戏引擎如虚幻4等在渲染原理上有什么不同？为何建筑渲染不用又快又好的游戏引擎渲染？

术数古籍专卖疤 · 发表于 2020-12-31 12:40

123456823 · 发表于 2020-12-31 12:42

几个相关问题里有很多做游戏和图形学的大大的回答，讲的很深入。我从建筑系学生的视角讲一讲吧。

为什么Unreal 4引擎能轻易实时渲染出vray要花半天才能渲染出的场景？ - 建筑设计
为何大部分3D渲染程序渲染1帧图像需几分钟甚至几小时，而同样大小的图像游戏引擎能做到30+FPS实时渲染效率？ - 计算机
用游戏引擎制作室内效果模拟是否有前景并值得一试？ - 设计

1. 原理区别

VRay等渲染器原理上叫做离线渲染(Offline Rendering, Pre-Rendering)，游戏引擎的渲染原理叫在线渲染或者实时渲染(Online Rendering, Real-time Rendering)。后者对性能的要求比较高，游戏里面一般60fps，至少30fps，也就是说十几毫秒一帧。但要是用离线渲染的话就无所谓咯，据说weta的renderfarm有4000个CPU，渲一个电影半年吧。离线渲染对效果要求非常高，养了那么多R&D，恨不得做个电影都自己写个渲染器。而实时渲染就是在性能预算下，尽可能做到真实。

总结一下，

再深入来说就是游戏引擎用了不少小trick来达到这样的目的。比如一个差距在全局照明(Global illumination)，大意就是物体不仅被光源照亮，还能被被光源照亮的物体照亮。比如左图后墙发绿，就是接收了右侧看不到的这面墙漫反射的绿光。在VRay里面可以轻易实现GI，它用的光线追踪(Ray Tracing)就是在模拟反射光线。游戏引擎里呢，一般没法做到实时GI，不能每一帧都光线追踪一次吧，那样帧率很难达标。当然目前的趋势有在研究实时光线追踪，但是通用的替代方案是预先计算和存储一些光线的信息，比如烘焙光照贴图这种。Unity里用LightProbe解决。Unreal有一个VXGI的实时GI，算是不小的进步。但无论如何，真实性肯定比不上离线渲染的GI。做到何种效果就能欺骗人眼了，这就是另一个问题了。
实时渲染预先计算的话，也要耗费一定时间，不一定比离线快。好处是预先计算完就可以随便选角度导出了，而离线渲染意味着每个角度都要再渲一遍。
还有其他很多trick比如各种环境光阻塞(AmbientOcclusion)快速算法等等就不一一细说了，怕露怯。

但是有很多Unreal做的效果很真实啊，比如 @韩世麟韩神的文章这不是真的！This is Unreal！笔者认为有几点原因

（图片来自老韩的博客）

实时渲染技术进步还是很快的。比如Unity在GDC2016上的Unity Adam demo，比如《神秘海域4》这张图，Elena Fisher的特写。虽然头发还是有一点细微的贴图感。神海4基本代表了现在实时渲染在商业游戏中的最高水准了。

2. 有无必要

笔者觉得，就效果上来说，用游戏引擎足够了。

但这并不意味着建筑效果图要用渲染的方式做。

其实现在大部分建筑效果用的技法是Matte Painting，最早来自于摄影后来在电影工业中的一种做场景的常用技法。

早期技法，前景画到玻璃上再拍摄。

电影中合成的自由女神。

比如看建筑效果图下面几种流派：照片级渲染派，简单渲染主要靠后期派和强行PS派。

第一张来自MIR，第二张是Doug&Wolf，第三张出处不明。

越靠后的图，需要的渲染越少，相应PS工作量也越大。但无论如何，各种配景：人，车，周边建筑，山水都可以用Matte Painting的技法解决。

后两种的风格在学生中广为流行。在学校里面学院派的老师可能还会觉得前两种商业味太重，更喜欢第三张这个风格呢。第一张那种商业效果图公司才会做，以及一般室内设计的效果图也是类似的比较依赖渲染，偶尔用用合成。

对学生和业余做建筑表现的从业人员来说，Matte Painting的技法足够了，而且容易，效率更高。用这种技法呢，甚至都不用掌握太多VRay的技巧，看过不少建筑效果图渲染都不用做反射贴图，简单赋上Diffuse调一下反射材质和打光就开始渲染，出几个通道，大量的工作是放到PS里合成。

效果是一方面，方不方便也很重要。用这种工作流的话，只是使用了渲染器的基础功能，并不需要离线渲染做的出来而游戏引擎达不到的效果。游戏引擎虽然渲染比较快，但问题是这样把工作流程搞复杂了，和建模软件的衔接做的不好，所以导入引擎不如直接在建模软件里渲染了，如果在建模软件里有一个快速的渲染模块，那就更没什么差距了。

3. 什么情况下才会用到游戏引擎

静帧和动画在现有条件下，对一般学生来说，无论是方案迭代还是最终表现时，笔者认为还没什么必要用游戏引擎。现有VRay+SU/Rhino就够了。同样一套模型和贴图，放到游戏引擎里可不一定比用VRay渲染效果更好。瓶颈在于美术水平，而不是工具。如果追求迭代快的话，也有一些快速的渲染器可以选择。如果是为了追求游戏引擎中的可编程渲染管线，自己写Shader，那Rhino和SU还真可以有这么一套渲染插件。对效果图公司，3DSMAX + VRay的工作流已经很成熟了，用户多，资源多。找熟悉游戏引擎的使用者成本也比较高。短期内还很难动摇VRay在效果图中的地位。

（插一句题外话，说到可编程渲染管线这个事，我还真觉得在建筑学里有意义。像一些分析图的风格，是不是直接可以用Shader写出来，不用搞到PS里后期拼合，可以极大地加快分析图的制作速度。）

用游戏引擎除非需要实时交互的效果，比如VR/AR。但目前的问题是制作成本很高，需求比较少。市场方面的事就不细谈了，毕竟不是相关从业者，还是说说技术。

对于建筑系的学生，想去做交互效果的话，技术上还需要再学习不少。做VR帧率是瓶颈，最少60fps，最好120fps。这就要用实时渲染的技术，用游戏引擎的平台，强行优化美术资源。

再有因为要交互，要漫游。而Matte Painting的技法只能在特定视角使用。那些资源，植被，配景建筑，山石地形，飞禽走兽，行人车马，就都做成模型导到引擎里。这些玩意可以用Procedural的方法做，或者ZBrush捏。一些特效，流水天空等等，可以用粒子系统做。但有时粒子系统太费资源，那就要写Shader了。对建筑表现不本质还很浪费时间。

做贴图又是很麻烦的事，游戏引擎比如UE/U3D里用PBR工作流。凹凸不能用高度贴图要用法线贴图，Metal/Roughness或者Specular/Glossiniss都要普及PBR基本概念。可以用Substance工具包做，但美术还是经常做错的。

场景里没有动物人物，死气沉沉的，还得建模角色绑动作以及优化动作。

万一资源多了面数太高，draw call太多帧率提不上去。这就要优化模型。做LOD，远处用低模；合并模型做材质atlas；面数太高烘法线贴图代替；植被高模用面片代替。

等你做到这再这回头一看，这特喵的不就是在做游戏嘛。当然到了那个时候，游戏行业欢迎你：）

表现媒介的改变会带来行业的变革，就像布鲁内莱斯基发明建筑投影图。但毕竟表现仅仅是建筑设计的一小部分内容。而且设计院里建筑表现很多情况下都是分包的，不是建筑师的核心竞争力。君不见还有好多喜欢做手工模型推敲的建筑师，讲真那个空间氛围的感觉确实比效果图好。要是和习惯了实体模型的建筑师讲，我的渲染是基于物理的渲染！他们大概也就是“哦”一下吧。VR/AR或许会取代实体模型，现在说谁知道呢。

笔者对建筑和游戏都是略懂皮毛，如有讲的不专业的地方，还请指正。

以上。

忆困血馆闻 · 发表于 2020-12-31 12:42

游戏引擎实现的渲染效果很多都是一下trick的技巧，根本不是基于物理模型的。简单的说就是用一些奇奇怪怪的方法骗过你的眼睛，比如做镜面反射需要用到Cubemap，但这不是一个物理模型，只是一个trick,真实的镜面反射需要老老实实的做ray tracing.

而建筑渲染讲究的是物理模型，我这种材质是什么物理模型，反射率多少，透光率多少。只要真实的数据一输入，就能达到所要的物理渲染效果。所谓的数据输入与渲染结果的一致性。

明绍宗朱聿键鼻 · 发表于 2020-12-31 12:48

前一个问题大家都说了，我就说说后一个问题吧。
因为换了几个公司的原因，游戏引擎和建筑vr渲染我都有比较深度的去使用，从工作流程上来说应用游戏引擎在画建筑效果图很麻烦。首先，大家第一步都是先开始建模，建好模型后两者就有区分了，vr方面建模师可以直接拿模型文件给渲染师和后期，材质一般通用，基本上简单改改就可以出效果；但是游戏引擎的话需要把模型导出成引擎识别的文件，需要达到的效果还需要程序去开发，材质不容易调整，不是加张法线贴图和高光贴图就可以一锤定音的，场景做完然后还需要程序封包，然后再发给客户，从发给客户的文件大小来说，一般游戏引擎来做的话得有一个G以上吧，vr的话一般几兆就完事。从最终结果来看，客户需要的只是一张效果图或动画，不需要3D模型和贴图，而游戏引擎的话则是把整个工程文件打包给客户，客户的机器配置决定了模型和贴图的质量是要高还是低。
然后再说说甲方修改吧，用游戏引擎的话...........大家一起死吧

因醉鞭名马幌 · 发表于 2020-12-31 12:51

最近接触了一个项目，最后不欢而散。
对方一开始拿着sketchup出的模型图片（没渲染）当示意图片，说开发个交互demo，模型做到这样就可以，然后他们导入到unity里去做后续工作。
用sketchup做好了。对方看了之后，要改建筑使用功能。
改好了，又嫌不真实。拿了VRay渲的效果图来，说要做成这样。
告知对方，静桢或者动画，都可以实现。但是，交互得上unity，我是做不出sketchup+vray的样子。
双方问题的根源在于，做3dsmax+vray渲染的人，跟游戏开发的人，彼此理解的内容不一样。
我以为对方要的是白模，结果对方要的是拿到unity里，配个程序员就直接能用的现成场景。这之间还差着不只一个美工呢。

素色流年783 · 发表于 2020-12-31 12:59

游戏引擎是即时渲染，vr,mr之类的是post渲染；
游戏引擎的即时渲染效果在现在为止还是没法跟vr,mr的渲染相提并论的。
合金装备系列游戏的过场动画都是用的即时渲染，最终幻想、暗黑破坏神之类的游戏过场动画是post渲染，可以很明显的看出，就算是最新出的合金装备5的过场动画都远远不如十多年前的最终幻想暗黑过场动画精美。
当然，即时渲染也有自己的优点：
1，速度快
2，用户可以交互。
最近确实有很多建筑表现公司用游戏引擎来做可以交互的虚拟现实。

茉莉707 · 发表于 2020-12-31 13:04

完全看项目需求。地产实时渲染相对于离线渲染

优势：1、可实时修改；
2、具备互动功能；
3、可连接外部数据
4、通过vr设备获得较好的vr体验
劣势：1、美术资源制作要求成倍提高（布线、uv、材质等要求完全不同）
2、对播放设备性能要求较高，软件有稳定性要求，因为是运行一个程序，而不是播放视频或图片。侧面对场景优化要求也较高。
3、对开发人员要求较高。不能交互的地产实时渲染是没有较大价值的。这就要求开发人员中要有一定数量的程序员，至少能基于游戏引擎编写简单的交互逻辑。
4、以上3点带来的直接结果就是成本高、售价高，那么用户或者甲方是否愿意买单成了一个关键问题，直接导致了这个项目是否适合用实时渲染做问题。

面对市场做开发不同于闷头搞学术，一切得根据现实条件而定。

忆困血馆闻 · 发表于 2020-12-31 13:09

两个渲染方式从基本就有差异，想了解可以查阅资料…回答下第二个问题，资源教材数量差异，还有现在很多表现公司开始使用游戏引擎了

芊芊551 · 发表于 2020-12-31 13:14

现在很多表现公司开始使用游戏引擎了

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