游戏特效为什么做不到像电影特效里的那样真实

TM.MaRine.Z

本文是知乎用户Milo Yip对于问题“游戏特效为什么做不到像电影特效里的那样真实？”的回答。

一句话：「计算成本不一样。」

在《Real-Time Rendering, Third Edition (豆瓣)》(2008)的第19.1节谈论到动画电影和游戏在渲染上的一些比较，例如《美食总动员 (豆瓣)》(2007)中：

• 使用的机器群集大概有3100个核，每个可使用16GB内存
• 平均每帧花费 6.5个CPU小时（更正前误写为小时），复杂的场景要花上数十小时
  

对于游戏来说，基本要求是30FPS，即约0.033秒渲染一帧。那么如果想达到2007年动画电影的水平，即从6.5小时加速至0.033秒，简单计算比例的话大约要该CPU（更正前误写为集群）的70万倍的计算能力。

在21世纪初因游戏而延生的GPU，其运算量比CPU要高，单以浮点计算量来说，这篇博文作了一张比较图：

2007年的Xeon大概是每核10 GFLOPS，现在的GTX Titan是4500 GFLOPS，假设现在的GPU计算能力是2007年CPU的450倍，而GPU继续类似摩尔定律，以每年翻倍的速度提升，大概在16年后，即2030年，实时游戏渲染的计算量能达到1997年动画电影渲染的计算量。

当然，这个问题还有许多因素，我尝试以乐观和悲观去分类。

乐观因素：

• 实时渲染的算法与离线渲染的算法不同，同样的品质下可以用更少的计算量
• 游戏中一些计算可以通过预计算减少每帧重复运算（其实离线渲染也有……）
• 人们不单纯追求真实性，也需要抽象性及艺术表现
  

悲观因素

• 除了计算量，其他方面可能追不上（内存频宽、总綫频宽）
• 游戏需要低延迟（low latency）而不单纯是高吞吐量（high throughput），实时渲染的问题比上述的计算量问题更难
• 游戏一般希望最坏的情况下达30 FPS而不是平均情况
  

但总终而言，根据以上分析，同年份的动画渲染及游戏渲染可能有相差数十万倍的性能。除非离线渲染在未来已达到人类视觉的极限（与现实无异）而不需要再提升，游戏渲染难以在同年到达动画渲染的水平。

基于计算量的差异，目前动画和游戏在渲染上的区别：

• 动画的模型非常精细，并且大多使用镶嵌（tessellation）技术提高曲面圆滑程度。游戏通常使用较小的模型。
• 离线渲染通常采用光线追踪（ray tracing）、路径追踪（path tracing）等渲染方式。游戏通常使用基于光栅化（rasterization）方式。
• 游戏渲染采取更大幅度的近似化（approximation）。
  

另外，游戏渲染含有一些和动画渲染不同的需求：

• 摄像机可以有限度由玩家操控，场景要更完整。动画有时候只需要在镜头内的场境有足够细节便可以。
• 玩家角色和非玩家角色（NPC）的动画都需要互动，并考虑不同动作之间的过度，制作方式更复杂。
• 一些游戏支持日夜、天气等变化，光照不能简单地预计算。
• 由於游戏的不确定性，许多参数需要自动生成（例如Tone Mapping），这需要额外的计算。
  

简单地讲，游戏渲染有较多动态部分，动画渲染有较多静态部分。

作为游戏开发者，也仅是希望在有限的资源内做到最好。最后发两张截图比较游戏渲染的进展。

2000年的《American McGee's_Alice》

2011年的《Alice: Madness Returns》

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更正

2014/3/26: @余茂新 在评论中指出数字不合理，找到这篇NewsFlash: Render stats for Ratatouille，说6.5一帧是单个CPU的时间。所以43875天 / 3100 核 ~= 14天而已。不过由于该文不肯定 cpu-hour是指单个核还是四个核一起工作，如果是后者，则是14x4 = 56天。不过这不影响后面的计算。

MartiniBlanco

巴洛特利

  不明觉厉

hysteria

就是实时运算的困难吧。

rolin

个人电脑2030年也没这个运算能力 不光是动画渲染 物理引擎 ai以及互动等游戏逻辑 不光是gpu的事
真要达到电影级的效果 我觉得只有一种可能 采用大型大脑负责所有运算 然后渲染好的画面传给客户端 也就是所谓的云游戏

怪大爷

这个很好理解，电影是制作好之后的固定场景，而游戏的场景是随时随地随着你的操作都是不一样的

zamble

你就把实时演算和CG比较下就行了

rusher971

写这么多 都是废话

游戏实时渲染，电影cg预渲染

KoMoS

现阶段的预渲染和实时渲染能一样？

如果硬件发展到一定的高度， 再配合优秀的图形算法， 理论上一样可以做到照片级渲染

cry engine 某些效果已经可以说是照片级实时渲染了

r868

别把电影的制作看简单了，游戏是承受不起这么大的制作的，一般是开发一个图形引擎自己即时渲染，而电影是分部分层渲染出来合成，概念都不一样。

yj8018

FF过场CG不比电影差，至于你要把即时演算跟电影CG比那就没法子了

woodangel

CG渲染的动画是用CPU渲染，效率比GPU低1千多倍，不是渲染CG不想用GPU，主要是很多功能特效还没法用GPU支持，比如光线追踪，曲线平滑，这些算法十分复杂，没法用硬化成GPU指令，渲染一副CG动画，光线追踪渲染至少要占了80%的时间。为什么CG电影渲染时间和成本都比GPU多那么多，其实就是目前人类智商不够，很多电影集特效无法用GPU来渲染，只能用效率低下的CPU来软性渲染。这个就好像最早的CS游戏，里面有个CPU3D选项，用CPU来模拟运算3D引擎，专门给没有3D显卡的用户设计的，画面又粗糙又慢。

jianzhongx

还是次时代的年代 就已经有个概念叫“即时演算” 明白这个就一切明了了