导读：渲染引擎作为三维图形生成的核心组件，广泛应用于工业领域与娱乐领域（游戏、电影、动漫等）。而由于工业应用场景尤其是大规模复杂系统的特殊性，其渲染技术路线在设计初衷、功能侧重和技术要求等方面都与其他渲染路线存在明显区别。时来博士将发布一系列文章，讲述针对大规模复杂系统的渲染技术路线特点，本篇重点分析工业型和娱乐型引擎的差异。

三维渲染技术作为工业领域不可或缺的工具，可为企业带来诸多价值：如在工艺模拟、工厂展示、市场推广等形象展示场景下，可提供逼真的视觉表现力；在产品设计、虚拟制造、管理决策、协同工作等场景下，则能够显著提升生产力，提高工作效率。

而在数字化转型工作推进过程中，不少企业也会产生疑问：为什么数字化平台中的工厂模型达不到游戏、电影以及宣传片中三维模型的美观度呢？本文将从建模投入、渲染引擎、渲染路线几个方面来分析下具体原因。

1.建模投入差异

游戏、电影领域以追求视觉效果为主，在建模时往往会投入大量成本，包括模型材质、纹理、精细度的处理等，耗费大量时间和人力，来保障模型的美观与逼真程度，甚至能达到与真实世界无差的视觉体验。

工业领域资产密集、装置复杂，一个工厂厂区模型包含高达几十亿乃至几百亿面片、几千万对象，其模型体量要远高于游戏领域。如此体量的模型想要达到游戏模型一样的逼真程度，在技术上未必不能做到，但无疑会产生极其高昂的成本费用，增加建模及模型处理的周期；同时也会导致生产运营期模型更新维护困难，企业难以自行实施，带来诸多不便。

2.渲染引擎差异

除建模导致的模型真实感差异外，渲染引擎的技术路线差异也是影响视觉效果的重要因素。

在三维实时渲染技术领域，三维模型复杂度（体现在三角面片数量和密度）、漫游性能以及真实感三者互相制约，因此，面向消费级和工业级应用场景的厂商之间优化策略差异巨大。

面向游戏、广告等娱乐场景的顶级产品 Unity3D、虚幻引擎，其优化策略以真实感和性能优先，需要引入轻量化等模型后处理技术减少模型复杂度，并依赖高配硬件环境。

经测试，Unity3D、虚幻引擎在大规模复杂应用场景中的表现：

• 模型不轻量化处理则性能极差，在顶配硬件条件下，Unity3D和虚幻引擎依然无法正常浏览小规模（资产价值约1亿）的化工装置；
• 模型被轻量化则无法支撑精细化管理等深度应用需求，通常被用于企业形象展示，投资收益比大幅降低；
• 硬件投入和维护成本高，采用虚拟桌面技术降低部分成本依然无法满足高并发需求。

而为了满足大规模复杂系统和工业化应用场景的需求，工业型三维引擎则一般采用模型复杂度和性能优先的策略，以互时自研引擎为例，性能指标包括：

• 支持全厂模型的加载查看（资产规模通常超百亿），模型规模最大支持数百亿面片以及数千万对象；
• 模型完整，粒度精细到零部件级，细节无缺失；
• 复杂场景秒级加载；
• 渲染流畅，操作稳定，帧率不低于 20 帧/秒， 操作响应速度低于100 ms；
• 硬件采购和运维成本低（通常控制在5~10万），同时支持上百并发。

在加载体量、并发支持、硬件及网络需求等条件限制下，工业型三维引擎的策略优先保障加载速度和漫游性能，让用户拥有好的操作交互体验，满足精细化管理等深度应用需求，而不得不牺牲部分对于模型真实感等视觉效果的追求。

3.离线渲染和实时渲染差异

由于企业宣传需要，不少数字化服务商的对外宣传片中模型的美观度让人震撼；而到实际交付时，平台中呈现的视觉效果却要远远不如，这也是让很多用户质疑之处。

针对这一点，除宣传用模型和交付模型在质量上有所差异外，主要原因其实是因为离线渲染和实时渲染的技术差异——企业在生产运营中实际浏览、操作的模型是基于实时渲染技术的，而对外宣传的视频里的模型一般是基于离线渲染技术。

离线渲染通过将 3D 模型转换为 2D 视频，从而获得接近现实的更高图形质量。渲染引擎有更多的时间来计算场景中的照明和阴影，从而产生高度详细且精美的最终图像。然而，这种质量是以交互性为代价的，因为其渲染时长需求（一个5分钟的视频需要长达几天的渲染时间），决定了它只能生成静态的影视画面，而无法运用于可以实时交互的软件平台之中。

而在实时渲染中，图形质量通常会因交互性而受到影响。渲染过程必须足够快地完成才能实时显示场景，这可能会导致图形质量较低。实时渲染允许通过动态计算和处理图形来实现即时用户交互。这意味着场景不是预先计算的，而是根据用户输入动态生成的。因此，实时渲染的图像可能不如离线渲染的质量高，但优势是实时交互和操作场景的能力。

综上，面向工业应用场景的渲染技术需要平衡模型复杂度处理、真实美观程度、实时交互性能、业务场景需求、成本投入等多维度限制的最优解，而不能片面追求单个维度性能的机制。

互时科技经过多年实践，自主研发出一款专为制造业及基础设施行业量身打造的超高性能渲染引擎——RZON® 三维渲染引擎。引擎拥有业内领先的渲染性能，可实现百亿级面片、数亿零部件模型文件的瞬间加载（0~3s）；支持全厂级超大规模复杂场景展示的同时，更支持法兰、垫片等零部件级的毫米精度展示，满足企业精细化管理的需求。

截至目前为止，RZON® 三维渲染引擎，已在炼化、化工、油气、风电、机场、高端设备制造等行业中被广泛应用，累计服务超1万亿工业数据资产，拥有丰富的实践经验。