渲染技术解密 · 颜值笔记

导读

1996 年，古墓丽影用 250 个三角面塑造了劳拉的标志性轮廓，全球销量超 700 万套。二十多年后，虚幻引擎的技术演示已难辨真假。

是什么在背后推动这场视觉革命？实时渲染与离线渲染有何本质区别？「如果爱他，就送他一张 5090 显卡」—— 这句玩笑背后藏着怎样的技术逻辑？

图形学光线追踪光栅化游戏引擎

核心观点 · 什么是渲染

渲染（Rendering）是将虚拟数据转化为图片、视频、游戏等可信可视化数字媒体的过程。这些数据包括三角形网格、贴图、材质以及各种环境参数。

从专业角度看，渲染的本质就是用算法把数据变成画面。不论离线电影还是实时游戏，底层逻辑一脉相承。

虚拟世界的基石

▎三角形网格
为什么是三角形？三点共面，数学上具有唯一性，避免四边形可能出现的非平面扭曲。主流建模工具（Maya、Blender）底层数据均存储为三角面，确保与图形管线无缝对接。
从 250 个三角面到如今数百万个，数量级飞跃带来画质巨变。

▎贴图 · 模型的「衣服」
贴图本质是图片，包裹在三角形表面。不仅可以保存颜色，还能记录粗糙度、金属度等材质信息。

▎材质 · 光照的「交互规则」
材质定义光线与表面如何交互——吸收什么颜色、反射什么颜色、均匀还是定向反射。一套材质可以彻底改变风格，例如塞尔达的卡通角色打上写实材质后秒变逼真风格。

两大渲染方式 · 光线追踪 vs 光栅化

生成数字媒体的核心方法有两种，各有长短，近年趋于融合。

光线追踪

模拟真实光线传播：从摄像机发射射线，寻找碰撞点，判断材质，检测光源，叠加慢反射、高光、环境光。
✅ 优点：画面逼真，接近物理世界。
⚠ 缺点：计算量巨大，过去仅用于离线渲染。
如今高端显卡已支持实时光追，如《赛博朋克2077》光追模式。

光栅化

可填充三角形：CPU 打包顶点数据 → 空间变换拍扁到 2D 屏幕 → 像素覆盖与深度测试 → 着色输出。
✅ 优点：速度快，适合实时绘制。
⚠ 不足：阴影、反射等需额外算法模拟，非真实光照流程。

「十年前，光线追踪 = 离线，光栅化 = 实时；如今边界已模糊——游戏引擎能渲染出媲美电影级的画质，3A 大作不支持光追都上不了台面。」

—— 行业趋势观察

从图片到动态画面

图片是像素的集合。每个像素由红绿蓝三原色的子像素组成，通过相加混合呈现丰富色彩。

视频 / 游戏：人眼对连续图像切换会认为是流畅动作。每秒 24 帧即视为流畅，60 fps 则每帧生成时间仅 1/60 秒。
电影可离线渲染数小时一帧，游戏则必须在毫秒级内实时计算——这就是实时渲染的核心挑战。

金句摘录

「虚拟世界就是由三角形构成的。」

「贴图就是穿在三角形模型上的衣服。」

「如果爱他，就送他一张 5090 显卡。」

趋势 · 融合与进化

光线追踪与光栅化正走向 深度融合：

🎯 一句话总结

渲染的本质：将三角形网格、贴图和材质，通过特定算法转化为我们眼中逼真的视觉画面。
从 250 个三角面到电影级画质，底层逻辑始终如一。