迦南科技元宇宙（中金元宇宙系列之云端渲染）

元宇宙提出对实时沉浸式交互体验更高的要求，底层CPU/GPU硬件能力迭代、网络传输质量提升、垂直应用场景的演进共同促进基础设施完善。云渲染是基于云计算技术在虚拟世界下面向实时互动场景的典型应用，用户终端渲染需求与算力部署分离成为趋势，依托分布式算力，客户无需前置繁琐的IT硬件承担运维成本，中心云池化资源 边缘云模式提升算力效率，为元宇宙发展筑基。

摘要

基于云计算弹性架构，用户终端渲染轻量化。虚拟世界需要强大的图像实时渲染能力、海量内容存算资源，云计算基于规模效应、摊低运算成本，提升服务器使用效率，同理在云端用户也可按需取得算力供给、反馈渲染结果并回传，终端渲染逐步迁移至云端。云端渲染基于分布式算力资源和渲染引擎，提供弹性的渲染服务。从性价比看，用户采用云渲染的成本相较本地部署明显降低，以某服务商为例，7成以上用户渲染单个动画镜头价格在百元以内。依托云计算架构，云渲染技术为用户提供轻量化终端和高性价比服务，用户能更聚焦于内容创作。

立足云渲染技术，拓展内容赛道。围绕云渲染上下游需求，传统公有云厂商、内容厂商、第三方实时互动云计算厂商从各自优势领域入局，公有云厂商具备节点规模优势，第三方厂商基于渲染服务推出自助式云渲染平台，向云传输、3D交互、云端图形、云游戏等延伸，丰富产品矩阵，并逐步向内容赛道拓展，提升产品立体度和粘性。云游戏是目前基于画面呈现、具备强实时互动场景需求的主流虚拟世界应用，我们认为以渲染为代表的视频云计算技术未来在工业、零售、城市等场景下会有更规模化的落地机会。

从视觉行业基础设施到新型算力服务商。云渲染是虚拟世界下云计算技术在实时互动内容场景的典型应用，元宇宙不仅需要高性价比的云端算力，同时要求完整的实时互动流媒体技术支持，云渲染厂商从提供视频/游戏相关的云原生全栈解决方案，囊括音视频实时编解码传输、GPU虚拟化、容器技术等PaaS服务能力，延伸底层硬件自研、边缘节点覆盖、分布式存储技术、云原生引擎算法，我们认为云计算从通用性服务到专用领域的演进中，将推动算力供给格局重构。

风险

底层硬件发展不及预期；公有云厂商竞争加剧；下游应用落地不及预期。

正文

从本地向云端迁移：渲染技术突破算力瓶颈

渲染技术复盘：从基础理论到应用赋能

技术发展趋势：实时光线追踪满足沉浸式交互需求。在传统三维图像制作中，模型经过纹理、绑定、灯光、再通过渲染得到最终效果呈现，主流应用包括游戏、动画、建筑、工业、视觉可视化等领域。

回顾过去，渲染技术主要以光栅化为主，优势在于算法简单、易于硬件并行，但由于光栅化算法基于对物体投影的近似模拟，渲染视觉效果可能出现信息缺失；而光线追踪算法基于光线反射折射的原理，视觉效果与实物相近，但计算速度较慢，对硬件有更高要求。2018年NVIDIA发布支持实时光线追踪的GPU，GeForce RTX，提升光追算法效率。我们认为元宇宙下更加关注用户沉浸体验与交互效率，可视化应用程序包括图形渲染由CPU/GPU协作执行，随着底层硬件迭代，基于GPU强大的图像并行计算能力，能够支持更高画质、更快速率的互动体验。

图表1：渲染上下游技术发展复盘

资料来源：CSDN，中金公司研究部

计算机图形学发展与底层硬件升级为渲染筑基

1960-1980年：基本理论与技术形成期。着色渲染、曲面建模、Z-buffer可见度判断等基础理论出现。硬件层面，随机访问存储器（RAM）和光栅化显示器技术发展。应用层面，计算机游戏Spacewar作为最早的具备图形特征的游戏出现，NASA设计出第一个全彩实时飞行模拟器，迪士尼电影《TRON》包含超过20min的计算机合成动画。基础理论与技术的应用为后续图形学的发展奠定坚实基础。

1980-1990年：技术突破期。著名动画电影制作厂Pixar成立，设计了著名渲染软件Renderman。图形CAD软件公司AutoCAD、图形硬件制造商SGI等出现。此外，基于图形化人机界面计算机的发展，任天堂和索尼分别发布了游戏机平台N64和Playstation。图形工业的发展对硬件提出了更高要求，ATI、S3、NVIDIA等图形硬件公司崛起，推出基于2D、3D的图形加速器。相关标准也随之制定，SGI公司推出的OpenGL、Microsoft推出的Direct3D标准图形API使图形在不同平台兼容。1999年NVIDIA公司推出第一款GPU GeForce256。

2000年-：加速发展期。2001年NVIDIA推出首款可编程渲染图形处理器GeForce3，具有编程能力，图形处理器概念形成。NVIDIA、ATI、Intel在计算机图形硬件市场三足鼎立。

►第一代GPU GeForce 256：GPU概念1999年被NVIDIA提出，标志性产品为GeForce 256，可以实现基于硬件的变换与光照，并集成了图形流水线，包括顶点处理、图元组装、光栅化处理，但第一代GPU只能支持固定图形流水线功能。

►可编程GPU：2001年NVIDIA推出的GeForce3以及ATI发布的8500GPU具备可编程能力，可编程模块在于顶点处理阶段，顶点渲染程序和片元级渲染程序可以在GPU实现。此外，可编程GPU提升了对于多边形和像素的处理速度。

►引入统一渲染内核：2005年之前GPU厂商使用顶点渲染和片元级渲染，但由于合理配置的困难性，2005年后GPU引入统一渲染内核，部署一组性能相同的可编程内核，根据顶点渲染和片元渲染的任务动态分配资源。2005年Microsoft Xbox使用的Xenos图形处理器（由ATI设计）最早使用了统一渲染内核。2006年NVIDIA推出的G80处理器使用GeForce 8000显卡，代表着GPU全面采用统一渲染内核。

图表2：全球GPU市场稳健增长

资料来源：T4.AI，中金公司研究部

图表3：全球GPU市场份额（2019）

资料来源：T4.AI，中金公司研究部

传统渲染管线流程：从应用层出发，结合光栅化技术

渲染管线流程作为GPU处理一帧图像需要经历的过程，从三维场景出发，渲染结果得到二维图像。整个流程始于应用程序，渲染出对应画面，主要包括四个阶段：应用层处理、几何处理、光栅化、像素处理。

►应用层处理：一般在CPU中进行，主要确定影响渲染效果的数据和对象。从游戏应用层看，应用层是对于虚拟世界的模拟，包括物理模拟更新、输入事件、逻辑更新等。由于不同对象间的关联度较高，需要实现高效模拟。应用层可以实现加速算法、输入检测、碰撞检测、纹理动画等功能。

►几何处理：一般在GPU中进行，主要负责顶点和多边操作。主要包括五个阶段：模型视点变换、顶点着色、投影、裁剪及屏幕映射。1）模型视点变换：从模型本身的坐标系转换到视觉空间；2）顶点着色：对顶点数据进行设置和基本属性计算；3）投影：3D到2D空间的映射；4）裁剪：确认与视锥体相交的图元位置，裁剪去视锥体外的部分；5）屏幕映射：将顶点从标准设备空间变换到屏幕空间。

►光栅化：确定渲染的像素以及对图元顶点插值得到像素属性，给每个像素正确配色。

►像素处理：包括像素着色和融合两个阶段。像素着色部分完全可编程，写在GPU中的程序结合片段插值属性，得到片元的最终颜色。融合是得到片段颜色后，将颜色终值写回颜色缓冲中。

图表4：渲染管线流程

资料来源：CSDN，中金公司研究部

渲染技术与应用共同发展

渲染技术主要包括三类：光栅化、光线追踪、光线投射。其中光栅化是目前实时渲染中使用最广泛的技术。

►光线投射：通过每一个像素的位置向场景投射射线，找到场景中物体与射线的交点，最终通过采样计算得到颜色。光线投射早期在游戏领域应用，如1992年在DOS平台上的《Wolfenstein 3D》、《Comanche》，由于游戏对于硬件处理速度、画面呈现效果要求逐渐提升，光线投射不再应用于游戏领域，目前主要应用在3D建模领域。

►光栅化：光栅化算法简单，易于硬件并行计算，效率较高。光栅化过程主要分为三角形设立和三角形遍历两个阶段。三角形建立主要计算图元层面信息，例如图元各条边的线性方程等，为后续运算步骤做准备。三角形遍历主要确定像素的位置，确定哪些像素在图元内部，生成对应的渲染片段。

►光线追踪：通过视点投射出的光线与物体相交，交点出现反射或折射，继续与投射出的射线进行相交。反复计算后，算法找到光源或达到上限。光线追踪的计算复杂度高，对硬件处理要求高，无法大规模应用在实时渲染领域。随着硬件迭代，2018年NVIDIA推出的RTX 20系列具备光线加速功能，较大提升光线追踪的算法效率，我们认为，未来光线追踪在3D游戏等实时渲染应用有望规模落地。

图表5：主要渲染技术

资料来源：CSDN，中金公司研究部

渲染从建模、游戏、AR/VR，再到未来成为元宇宙核心层重要技术支撑，发展脉络与下游行业相辅相成。根据QY Research，2018年全球渲染与仿真软件市场规模166亿美元，预计2025年达到309亿美元，CAGR9.6%。2018年中国渲染与仿真软件市场规模34亿美元，预计2025年达到72亿美元，CAGR11. 5%。全球渲染与仿真软件集中度较低，根据QY Research, 2019年前三厂商分别是Autodesk、Siemens、Synopsys，份额分别保持在10%左右。

图表6：全球和中国渲染与仿真软件市场规模

资料来源：QY Research，中金公司研究部

基于不同的主要应用场景，渲染可以分为离线渲染和实时渲染。

►技术特征：离线渲染计算和画面显示不实时同步，建模完成后计算机根据设置好的光线、轨迹，渲染完成后将图片连续播放，实现动画效果；实时渲染更注重实时操控能力，计算与画面输出实时。

►硬件支持：离线渲染更依赖CPU能力，实时渲染看重GPU效果，但随着硬件技术的迭代，离线渲染与实时渲染对硬件的侧重点逐渐模糊，都需要CPU/GPU的支持，并且基于GPU性能提升，实时渲染的显示效果逐步提高。

►优势对比：离线渲染不考虑渲染时间因素，因此渲染的画面质量更高，更加注重美学和视觉效果；实时渲染更注重实时效果反馈，渲染画面质量低于离线渲染，但保证时效性和交互性。

►应用场景：由于两者渲染的侧重点不同，应用场景相应有所差异。离线渲染适用于电影、广告等事先设置好的场景；实时渲染适合于需要实时操控的三维游戏、特种仿真、三维模拟、交互式演示等。

常见的离线渲染器主要包括VRay、Renderman、Arnold、Brazil等，计算时需要提前布置好场景，设置相关计算参数，如阴影质量、光子数量，一般作为插件内置在如Unreal Engine、Unity等建模软件/游戏引擎中。随着云计算理念渗透，云渲染技术逐步普及，支持各类渲染软件基于分布式算力运行，公有云服务商阿里云、腾讯云、华为云以及蔚领时代、瑞云、威尔等实时互动云计算服务商纷纷入局。

云渲染兴起：基于云计算理念，终端渲染需求与算力部署分离

本地渲染面临的挑战？

由于动画、游戏渲染对计算密度要求高、耗时久，需要耗费大量CPU、GPU及存储资源，本地资源部署所投入的Capex较高、性价比低，渲染业务搭建面临挑战：

►资源预测难，自建费用高：由于渲染业务需求存在波动性，高峰时资源紧缺，低谷时资源冗余，建设私有渲染农场需要大量IT资源，成本高，存在资源浪费。

►渲染效率低：基于通用服务器，一次渲染需要10 小时，集群负载过重时，延迟较高，影响渲染效率。

►存储规格要求多样：渲染集群同时访问共享存储，对于存储带宽要求高，针对海量数据保存呼唤低成本存储环境。

►交付效率低、运维复杂：客户自建周期长，安装部署及后续运维复杂度高，扩容难度大，缺乏灵活性。

基于自建渲染集群的难度高、效率低等因素，云渲染平台依托灵活性高、运维便利、高性价比优势应运而生，为游戏、动画、仿真等领域渲染需求赋能。

云渲染架构：弹性扩展、灵活调度

以云架构为底座，降低对单个CPU/GPU依赖。云渲染基于云计算架构而生，云计算架构具备弹性、灵活性，IaaS作为云计算的基础算力提供层，为上层应用提供支撑。云渲染同样包含IaaS层的计算、存储、网络、安全，计算包含CPU渲染池和GPU渲染池以及管理节点做分配调度。CPU渲染池与GPU渲染池分别做整个渲染流程中的工作，CPU主要确认渲染环境、对象，整合渲染信息，向GPU发送指令；GPU按照CPU的指令完成整个渲染工作。云计算的可扩展性满足渲染对于海量高并发算力的要求，将算力资源池化，一方面可以更加灵活地调度资源；另一方面实现与特定硬件解耦。

图表7：云渲染架构图

资料来源：华为云，中金公司研究部

云渲染的优势？

以华为云渲染平台为例，具备丰富的算力资源，能够提供灵活的云服务器资源、分布式可扩展的块存储服务，提高渲染效率。

1）弹性的高性能服务器：为用户提供不同类型的计算服务，包括ECS计算实例以及基于裸金属（BMS）的胖节点，从而匹配不同渲染应用对于计算、内存的比例要求。

2）性能卓越的裸金属服务器：按照专属服务器提供卓越计算性能，无虚拟化损耗，性能优势较高。

3）分布可扩展块存储服务：基于可扩展的分布式存储架构，为每个弹性云服务器提供块存储服务。

4）灵活服务提升效率，降本增效：提供API/SDK适配，可以灵活管理云上算力资源。

云渲染如何工作？

云渲染平台的脚本根据文件、触发器和用户参数设定准备好配置环境。接着分派器将任务分发到空闲、可以满足渲染需求的服务器。最后服务器完成渲染工作后，将结果回传用户侧。整个渲染过程中，用户只需提交渲染任务，调度节点会将渲染任务下发到渲染集群，将结果进行存储后，传回到用户侧，提升用户工作效率。

图表8：云渲染流程

资料来源：华为云，中金公司研究部

云渲染商业模式：按需使用、按量付费

云渲染和普通云服务商业模式一样，按需收费、弹性扩容，提供可伸缩性资源与高性价比服务。

根据对三家云渲染厂商，炫云、瑞云、渲染100的价格梳理，均按照用户使用量收费，收费标准有所差异，炫云按照不同CPU/GPU的每小时处理频率收费，瑞云基于使用线程时收费，渲染100则按照使用时间收费。从选择自由度来看，炫云提供丰富的渲染软件、硬件配置供用户选择。从使用简便性看，瑞云和渲染100后台提前设置硬件配比，用户使用更简单。

图表9：云渲染厂商计费模式

资料来源：公司官网，中金公司研究部

基于公有云的规模效应，云渲染性价比较高、边际成本低，反映到价格层面具备优势。根据炫云官网对其服务统计，五成以上用户渲染单张效果图仅需0.888元，七成以上用户单个动画镜头渲染价格在100元以内。

云渲染在灵活性、价格、简便性相较传统本地渲染具备规模效应优势，灵活的硬件配置、分布式存储、各类渲染软件增添差异化优势，用户在云渲染平台上可以更好地聚焦于自身业务，而不必担忧繁琐的硬件配置与运维工作。

图表10：单张效果图渲染费用（客户占比）

资料来源：炫云官网，中金公司研究部注：统计时间为2022年6月

图表11：单个动画镜头渲染费用（客户占比）

资料来源：炫云官网,中金公司研究部注：统计时间为2022年6月

延伸云端渲染产业链，拓圈元宇宙新场景

依托渲染核心能力，垂直应用多元化演进

从游戏、影视、设计、广告到虚拟交互、数字人、智慧城市，越来越多行业折射出元宇宙想象空间。云渲染作为支撑元宇宙虚实交互、沉浸式体验的核心技术，筑基上层应用发展。我们也看到云渲染厂商向硬件、操作系统、软件应用延伸，打磨全栈实时交互解决方案能力。

图表12：云渲染是元宇宙的核心技术之一

资料来源：KPMG，中金公司研究部

实时交互与云渲染

交互体验是元宇宙的核心，XR（高度沉浸式的扩展现实）作为VR（虚拟现实）、AR（增强现实）、MR（混合现实）的融合为用户带来更好的沉浸式体验。

►交互技术的实现方式

VR通过人机交互和计算机共同生成三维模型，利用模拟环境使用户沉浸，用户通过带有传感器的电子设备等在模拟环境中实现交互。

AR将真实环境的内容与计算机软件生成的数字内容融合，依托数字信息增强用户对于现实世界的感知。但相较于VR的沉浸式体验感相对较低。

MR是现实世界与混合世界的融合。物理世界与现实世界的对象可以共存并实时交互，并且提供实时的数字信息。VR将用户带入虚拟世界，而MR将数字世界融入到真实环境中。

XR是VR、AR、MR的融合，运用数字化增强用户感官，为沉浸式虚拟体验提供不同层级的虚拟传感器输入。

►云端实时渲染为交互技术提供支撑

渲染是复杂的过程，从材料、纹理渲染、光线的渲染、细节的完善到输出，每帧渲染的时间都存在差异。元宇宙中大量的交互式模型都需要用到实时渲染，需要强大的算力将图形几乎无延迟地进行计算与输出。对于渲染处理器来说，需要尽可能多地接受传感器带来的信息。例如，用户在VR世界中的行动，周围的数字环境需要快速切换，大量图像需要被实时渲染，在用户感知层面是在运动；在MR环境中，大量数字世界的图像也需要无缝切入、转换到现实世界中。这就需要强大的CPU/GPU算力作为支撑。

云端实时渲染依托规模化的云环境、分布式存储等技术，弹性调度CPU/GPU算力资源，为实时交互提供基础。XR应用可以部署在云端，云端依托算力对于图形数据做实时计算和输出，最终的运行结果将以Streaming的形式推送到终端，用户能够任意访问XR应用，增强体验。

虚拟数字人与云渲染

虚拟数字人作为进入元宇宙的入口，未来是虚拟世界中人物实体的代表。根据量子位智库，2030年我国虚拟数字人市场规模将达到2,700亿元。多用于社交、娱乐的身份型虚拟人占比64.6%，服务型虚拟人占比35.4%。

图表13：身份型虚拟人占比预测，2030

资料来源：量子位智库，中金公司研究部

图表14：服务型虚拟人占比预测，2030

资料来源：量子位智库，中金公司研究部

虚拟数字人框架包括：人物形象、语音生成模块、动画生成模块、音视频合成现实模块与交互模块，基于建模、驱动、渲染三大核心技术：

►建模：依托静态重建、动态光场重建等技术，构建虚拟数字人基础形象。核心在于形象的制作和还原。

动态光场重建技术可以忽略材质，直接采集三维世界光线，实时渲染出真实的动态表演者模型。海外Microsoft、Google、Intel、Meta等公司都在开展相关研究。例如Google的Relightable系统将结构光、动态建模、重光照技术进行融合。国内商汤、华为等公司也有所研究。

►驱动：将传感器、终端等捕捉、采集到的动作驱动虚拟数字人。核心在于对于动作的精确捕捉。

动作捕捉技术可以分为光学式、惯性式、电磁式、基于计算机视觉的动作捕捉，目前光学式和惯性式动作捕捉较流行。其中光学动作捕捉基于对目标上特定光点的监视及跟踪完成捕捉任务。

图表15：不同捕捉方案对比

资料来源：信通院，中金公司研究部

►渲染：通过各渲染技术将虚拟数字人的外观进行展现，对于虚拟人所处环境进行刻画。

渲染底层硬件能力的提升以及算法技术的突破可以提升虚拟人的真实性和实时性，数字人的皮肤纹理更显真实。在PBR（基于物理的渲染技术）出现之前，3D渲染引擎聚焦于实现3D效果，真实感欠佳。PBR技术依托真实物理世界的成像规律模拟出渲染技术的集合，可以更真实的反映出物体表面反射光线与折射光线的强弱。

传统数字人渲染方式是根据皮肤的投射反射计算渲染结果，误差较高，而重光照技术则是采集多种光照条件下的图像数据，测算出数字人表面反射特性后，合成出新光照条件下数字人模型，实现高精度人体光照采集与重建。

云端实时渲染的突破，赋能数字人实时交互。传统实时渲染强调时效性、交互性，渲染效果真实度较低。但随着底层硬件技术CPU/GPU的发展，以及依托云计算分布式算力，虚拟人的渲染速度、效率、画面分辨率得以优化。未来在元宇宙应用中，将为用户带来更好的数字人的虚拟世界体验。

云游戏与云渲染

►云游戏

与传统游戏不同，云游戏运行在云端边缘计算节点，并不是运行在本地终端。云游戏以云计算架构、渲染、云传输为底座，用户在本地终端接受到云端的游戏画面及声音，也可以在本地发送指令对云端游戏的人物进行控制。

图表16：云游戏的底层模块

资料来源：腾讯云，中金公司研究部

►硬件解耦，云游戏应用场景更显丰富

由于游戏部署在云端，减少了对特定硬件、操作系统的依赖，用户可以在手机、平板甚至小程序接入游戏。未来用户可以随时随地通过各类设备进入云游戏中，解锁对于硬件设备的依赖。目前云游戏主要形式包括端游/手游覆盖、多人云游、云游直播、游戏助力、3A大作。

►利用边缘计算节点提升交互效率

渲染在云游戏中主要包含终端渲染与交互处理两个过程，终端需要具备较强的音视频解码能力，实现同步渲染输出。我们认为，随着硬件、技术的提升，终端音视频解码速度、效率同步提升，未来在元宇宙的切入更加灵活。

交互处理层面，依托边缘云节点，云游戏对于硬件设备的依赖度降低，用户可以利用键盘、手柄、头盔等各类输入设备，与云端游戏实现实时交互，边缘节点的计算可以减少延迟。

在边缘节点构建渲染服务，实现就近接入与实时交互。云渲染技术厂商在边缘云操作系统基础上逐步构建PaaS渲染平台，实现智能调度、编排底层算力与任务资源，叠加渲染引擎、音视频解码能力，为上层应用包括虚拟人、云游戏、VR等提供强大的渲染能力。依托边缘节点的优势：1）实时渲染需要低时延交互，距离用户终端更近的边缘节点有效降低时延，例如边缘节点可以利用CDN加速能力，更快进行画面切换，提升实时交互能力；2）离线渲染场景表现更优。根据火山引擎，一个1G项目工程文件需要生成100帧、每帧300MB图片场景，中心节点完成渲染任务处理时间需要760s，边缘节点仅需79s，边缘计算整体效率是中心节点约10倍。

图表17：中国云游戏市场规模预测

资料来源：中国信通院，中金公司研究部

图表18：海外云游戏市场规模预测

资料来源：IDC，中金公司研究部

智慧城市与云渲染

►智慧城市是数字孪生的子集

数字孪生概念由美国教授Michael W.Grieves在2002年提出，是元宇宙重要基础。智慧城市作为数字孪生的重要应用场景之一，将物理世界的元素利用传感器、IoT等硬件设备映射至数字世界中，在数字世界构建开放的城市系统，包括交通、园区、商业、人等各类集合。数字世界的集合利用大数据、AI等技术对多维度数据进行分析，依托自动化、数智化管理业务，对现实城市的治理、编排起到优化、补充的作用。长远看，未来元宇宙将包含一个个智慧城市，用户利用虚拟人身份进入其中，在智慧城市中学习、生活、工作，智慧城市是元宇宙有效运行的虚拟基础设施。

►云渲染展示虚实交融的世界

渲染作为智慧城市的展示基础，物体在数字世界建模之后，渲染提供色彩呈现。智慧城市中元素丰富、切换频繁、场景变化速度快、终端硬件适配性要求高。整个方案需要为用户提供沉浸式体验、创意互动、低延时的高清画质以及各类可接入终端。

延伸至元宇宙，用户可以通过各类可穿戴设备进入虚拟城市，与虚拟世界中的元素进行实时交互，达到最佳沉浸式体验。将整个智慧城市的渲染部署在云端，规模化的服务器可以对渲染任务进行分布式处理，降低实时交互延迟；构建智慧城市的客户仅需对素材进行收集与上传，更多的目光聚焦在内容创作本身，而无需关注云端渲染的过程，得到完整的虚拟世界渲染方案。

图表19：腾讯云数字孪生解决方案

资料来源：腾讯云，中金公司研究部

硬件迭代、云边协同，延伸实时互动场景下全栈云服务能力

►硬件迭代加速光线追踪技术发展

光栅化的痛点？信息不完整。传统计算机图像学主要利用光栅化生成像素，光栅化后用户仅选取看到的图形，造成用户视野之外的信息丢失，导致渲染不完整。同时，在光栅管线下用户需要通过近似算法模拟真实世界的光影，最终的视觉呈现效果无法达到最优。

图表20：光栅化会造成信息缺失

资料来源：CSDN，中金公司研究部

光线追踪作为现代渲染方法，视觉效果更优。光线追踪基于物理的渲染方法，第一步是向空间中投射光线，从光源出发经过真实的反射、折射，输出与实物相近的图像，保证了渲染效果的完整性与真实性。但由于之前硬件设备发展不够成熟、匹配不到位，光线追踪受到硬件的阻碍处理速度较慢，只能适用于对时延敏感度较低的特定场景。随着硬件更新，2018年NVIDIA推出GeForce RTX显卡，可以通过实时光线追踪技术带来高视觉保真度以及人工智能和可编程着色技术的优越性能，目前已在多个游戏中应用。

我们认为，元宇宙世界追求渲染效果的真实性，为用户提供更好的沉浸式体验。技术层面，GPU等硬件技术的更新迭代可以加速光线追踪在实时场景下普及。

►部署方式：中心云 边缘云渲染赋能实时交互

本地部署渲染农场需要用户前期进行硬件配置、后续运维人员维护成本较高，部署在公有云依托分布式计算、存储处理并行任务，提升渲染效率。此外，由于用户对于虚拟世界交互速度要求提高，通过各类硬件设备随时随地访问游戏等场景，边缘云渲染可以降低延迟，保障用户就近接入。当用户进入元宇宙的虚拟世界，进行任意交互操作，画面将在用户无感知状态下切换，提升用户沉浸式体验。

我们认为，用户对于实时性要求高的任务会优先选择在边缘侧部署，边缘节点强大的全域分布式异构算力和智能调度可以有效支撑画面实时渲染效果；而对于实时性要求较低的任务可以部署在中心云，满足低成本需求。云端渲染引擎在商业模式层面也向公有云趋近，用户可以按需付费，无需操心底层硬件的配置，可以更好聚焦业务内容。

►上下游延伸：从视觉领域基础设施到新型综合算力服务商

国内领先的云渲染服务商蔚领时代、海马云、瑞云、威尔等基于渲染能力，都在向云游戏引擎、3D交互、底层硬件等能力拓展，游戏是目前虚拟世界里实时互动场景最主流的落地领域，云渲染厂商核心价值在于将游戏厂商所开发的高性能损耗的游戏搬迁上云端、支持终端用户优质使用体验、实时呈现高清画面、同时节约算力。我们认为降本是推动技术迭代的源头，云原生顺应海量算力需求下提质增效的趋势，领先云渲染服务商也在打造云原生游戏引擎、实现云端开发原生应用。

元宇宙不仅需要高性价比的云端算力，同时要求完整的实时互动流媒体技术支持，云渲染厂商从提供视频/游戏相关的云原生全栈解决方案，囊括音视频实时编解码传输、GPU虚拟化、容器技术等PaaS服务能力，延伸底层硬件自研、边缘节点覆盖、分布式存储技术、云原生引擎算法，我们认为云计算从通用性服务到专用领域的演进中，将推动算力供给格局重构，垂直行业专用云服务商和通用性传统云计算服务商将以竞合关系搏弈。

云渲染厂商把握需求演进，推动元宇宙底座成熟

图表21：一级标的梳理

资料来源：公司官网，NewSeed，同花顺，中金公司研究部

蔚领时代

聚焦视频云、云游戏，壮大生态布局。蔚领时代成立于2019年，聚焦视频云领域，拥有自研的创新云计算架构、音视频实时编解码、应用容器、GPU虚拟化等技术，并且基于底层硬件架构，搭建标准化云游戏PaaS平台。目前已与游戏公司米哈游、中手游、360游戏，云厂商金山云、阿里云等展开深度战略合作。2021年公司与米哈游合作上线云原神安卓版，是通过云游戏让游戏开发厂商与算力和底层硬件解耦的代表案例。

公司云游戏解决方案具备视频流、指令流等多项技术支撑，在视频编解码、传输层面具备较高的可靠性和稳定性。主机游戏、网络游戏、安卓游戏等都可以部署在云端。公司解决方案包括：1）轻量化：对于游戏客户端实现轻量化部署，降低庞大客户端带来的推广与下载的复杂性；2）多平台支持：可以支持电视、手机、PC、平板运行，解锁对终端设备依赖；3）游戏更新便捷：不受外挂影响，游戏可以在云端安全运行。云游戏服务端更新，所有用户实现全面更新；4）画面质量高、延迟低：可以支持1080、4K画质，基于全球服务资源，实现30ms以内的延迟；5）高效接入，快速部署：基于底层硬件架构，可以根据用户需求调度资源，实现任务快速部署。同时对于资源消耗进行实时监控。

海马云

从ARM阵列服务器出发，拓展至云游戏、云原生数字人等领域。海马云成立于2016年，是国内领先的实时互动内容云服务商，依托全栈自研核心技术，向上层应用延伸。2016年11月研发出第一代ARM阵列服务器，该服务器可以支持通用Android应用的运算多实例图形计算，随后公司在不断打磨ARM阵列服务器的基础上，拓展云游戏PaaS服务、云手机、云原生数字人等领域。

云游戏领域，公司基于百万级超大规模容器调度管理系统、大带宽超低延时抗弱网流媒体传输系统、边缘计算网流模式下的大容量分布式存储系统，这三大系统从计算、网络、调度管理层面支撑云游戏，云游戏解决方案包括：1）游戏中心。支持海量游戏即点即玩，多终端覆盖，跨屏分发。用户层面无需配置高性能设备，即可玩各类游戏；2）互动游戏直播。可以构建主播的观众间全新的游戏互动直播体验，主播和用户可以通过PC、移动设备接入，公司云平台利用底层云架构以及CDN对直播平台进行赋能，实现实时互动。

云应用领域，公司可以实现多场景、大型3D模型实时渲染，构建虚拟的动态场景空间以及增强空间，应用领域包括云电视、影视渲染、数字孪生等场景。影视渲染层面，1）公司高性能存储服务可以满足影视文件安全高效的传输要求；2）高可用、低延时的网络服务能够实现全网络环境下低卡频率；3）弹性灵活的计费方式，计算资源按秒计费，降低成本投入；3）较强的硬件支持，公司提供多种专业GPU渲染机型，加快渲染效率。

瑞云科技

视觉行业云基础设施提供者。瑞云科技成立于2004年，专注为视觉行业提供IaaS、PaaS、SaaS垂直云计算服务。旗下云渲染品牌瑞云渲染在国内率先推出“自助式云渲染”，提供影视、动画、效果图一站式渲染，代表案例包括《战狼2》、《哪吒之魔童降世》、《流浪地球》等。此外，旗下品牌还包括提供专属云端图形工作站的青椒云、实景三维重建云服务的大雁云、企业级大文件传输提供商镭速、助力用户随时随地访问3D交互内容和应用的托管运行平台3DCAT。公司产品种类丰富，帮助用户摆脱复杂繁琐的基础设施投入，更好地聚焦内容创作和运营。

团队研发经验丰富，提供面向未来的基础平台。由于5G渗透率提升，带动网络延时降低，视觉图像的计算与终端分离成为趋势，用户可以同时具备轻量级的终端和强大的算力支持。瑞云作为视觉基础设施提供商，根据公司官网介绍，未来将持续面向大规模AR/VR应用、云游戏、云端设计、云端视觉展示领域。此外，公司具备在并行计算、大规模集群管理与调度、高性能I/O等方向的开发能力，为不同视觉行业的垂直应用奠定基础。

威尔视觉

整合全产业链的通用云平台，打造领先互动视频云服务。威尔视觉成立于2016年，在硅谷和深圳两地设立研发团队，自研云渲染引擎、超高清低带宽编解码、GPU虚拟化等核心技术。解决方案涵盖云游戏、互动视频客服系统、云VR、超高清云视讯平台，提供IaaS、PaaS服务。

应用领域丰富。公司在底层GPU硬件、操作系统、图形渲染、视频编解码、边缘计算等领域提供涵盖全产业链的软硬一体定制优化服务，核心技术方面：1）交互体验领先。提供4K高保真串流，编解码延迟小于10ms；2）国内部署超大规模GPU算力网络，覆盖华东、华南、华北、西北，实现国内主流用户500公里以内全覆盖；3）快速部署 大规模运维。云资源池具备较强的弹性、灵活性，部署速度较快。

光线云

基于云原生架构的实时渲染引擎。光线云成立于2021年，依托云原生架构，打造端云协同、自优化渲染。公司目前产品聚焦智慧城市、SaaS化着色器、云游戏。智慧城市主要提供多源数据处理、云原生实时渲染能力、逼真的大地形、虚拟大气系统以及先进的物理仿真特效。SaaS化着色器基于实时渲染引擎，可以精准分析游戏中不同阶段着色器的性能，并进行自动分析与优化。云游戏以端云协同的高质量渲染引擎为基础，为用户提供编辑器、项目管理等工具，帮助用户进行内容效果优化，实现公有云、私有云、边缘云多类环境的一站式部署。

公司的特点在于：1）充分利用云原生架构，可以提升云端资源利用率，降低终端对于硬件资源的要求；2）全生命周期云环境，从产品开发、维护、运维到应用全面云化；3）端云协同可以有效利用终端闲置的硬件资源，复用运算结果，降低重复计算。

风险提示

底层硬件发展不及预期

由于渲染依赖底层CPU/GPU的硬件支持，底层硬件的进步可以提供强大的算力支撑，渲染技术有望实现迭代。例如，光线追踪作为渲染技术的发展趋势之一，能够实现更好的视觉效果。但实时光线追踪技术对GPU性能要求较高，NVIDIA公司2018年起推出的支持实时光线追踪的GPU，GeForce RTX，可以提升光追算法效率，助力光线追踪的场景化落地。我们认为，渲染技术的发展离不开底层硬件的支持。

公有云厂商竞争加剧

公有云厂商依托前置部署的节点、规模化优势，可以天然地向云渲染领域扩展。例如华为云、腾讯云等云厂商在云渲染方面均有所布局。我们认为，专注云渲染的厂商可以扩展产业链上下游，丰富产品矩阵，加强竞争优势。

下游应用落地不及预期

我们认为，渲染未来的应用有望从游戏、影视向设计、广告、数字人、智慧城市等泛娱乐领域拓展，同时，渲染也是未来元宇宙发展的基础设施。由于下游垂直行业的拓展需要芯片、操作系统、应用、AI以及业务等层面全方位的支持，行业落地需要时间，存在不及预期的可能性。

文章来源

本文摘自：2022年6月20日已经发布的《元宇宙系列之云端渲染：云端算力筑基，渲染折射虚实世界》

李虹洁 SAC 执业证书编号：S0080120080094

袁佳妮 SAC 执业证书编号：S0080121060073

钱凯 SAC 执业证书编号：S0080513050004 SFC CE Ref：AZA933

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