不知道你有沒有發(fā)現(xiàn)：新生代的工程師們已經(jīng)開始嫌棄過去那種機械、古板和無聊的研發(fā)設(shè)計軟件，他們渴望在一種操作流暢、賞心悅目和體驗逼真的 數(shù)字化環(huán)境中游刃有余，因為創(chuàng)新往往都是在快樂和喜悅中發(fā)生的；新時代的工業(yè)企業(yè)也厭倦于過去那種溝通低效、數(shù)據(jù)抽象、邏輯晦澀的生產(chǎn)經(jīng)營環(huán)境， 企業(yè)家們渴望在一種協(xié)同高效、數(shù)據(jù)可視和邏輯清晰的數(shù)字化環(huán)境中運籌帷幄，因為高瞻遠矚往往是那種通透洞察之后的先驗和直覺。這種快樂和通透的體驗，是工業(yè)軟件與實時3D圖形渲染引擎聚變的產(chǎn)物，這種聚變將和其他智能技術(shù)一起，共同推動新一代工業(yè)軟件的誕生。
作者 | 艾迪普科技創(chuàng)始人唐興波
首發(fā) |艾迪普（ID：IDEAPOOL_GROUP）
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實時3D圖形渲染引擎的前世今生
實時3D引擎的發(fā)展經(jīng)歷了多個階段和里程碑。20世紀 70年代末和80年代初，出現(xiàn)了早期的3D渲染技術(shù)。這些技術(shù)主要用于實時繪制簡單的線框模型和平面填充，但受到硬件性能和圖形處理能力的限制。
進入了20世紀90年代初，第一代真正意義上的實時3D 圖形渲染引擎問世。它們利用了當(dāng)時新興的圖形處理單元（GPU）和 3D加速卡，使得計算機能夠更快地渲染和顯示3D圖形。這些引擎主要用于游戲開發(fā)和虛擬現(xiàn)實應(yīng)用。隨著計算機硬件的不斷提升，實時3D引擎的功能也逐漸擴展。引擎開始支持更高級的圖形效果，如紋理貼圖、光影效果和粒子系統(tǒng)等。這使得游戲和虛擬現(xiàn)實應(yīng)用能夠呈現(xiàn)出更加逼真的圖像和更為豐富的視覺效果。
到了2000年代中期以后，跨平臺和開源引擎的興起為實時3D引擎的發(fā)展帶來了新的動力。開源引擎，如O3D和Unreal，提供了基于開源算法構(gòu)建的工具和資源，使得開發(fā)者能夠更方便地創(chuàng)建和部署跨平臺的3D 應(yīng)用。近年來，實時3D引擎在實時交互和虛擬現(xiàn)實方面的發(fā)展非常活躍。引擎開始支持更先進的交互技術(shù)，如手勢控制、語音識別和虛擬現(xiàn)實設(shè)備的集成，使得用戶能夠更自然地與3D場景進行互動。
隨著云計算和 5G 技術(shù)的崛起，實時3D圖形渲染引擎在云游戲和流媒體方面的應(yīng)用逐漸成為熱點。引擎開始支持將計算和渲染任務(wù)移至云端，實現(xiàn)實時游戲和圖形應(yīng)用的流媒體傳輸，為用戶提供更高質(zhì)量、低延遲的體驗。同時，實時3D引擎也開始拓展到了不同的應(yīng)用領(lǐng)域，如教育、醫(yī)療和建筑等，工業(yè)領(lǐng)域與實時3D圖形渲染引擎也正在快速融合。
新一代工業(yè)軟件與
實時3D圖形渲染引擎的聚變
傳統(tǒng)方式的企業(yè)生產(chǎn)和管理越來越限制著企業(yè)的創(chuàng)新能力和生產(chǎn)效率。隨著新一代工業(yè)軟件的逐步發(fā)展，企業(yè)數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型開始展現(xiàn)出新的潛力。這些軟件不僅能夠用于自動化生產(chǎn)過程，優(yōu)化資源配置，更重要的是，它們能夠?qū)ιa(chǎn)數(shù)據(jù)進行智能分析和預(yù)測，幫助企業(yè)快速做出準(zhǔn)確決策，實現(xiàn)生產(chǎn)流程的高效協(xié)同和優(yōu)化。
當(dāng)下，實時3D圖形渲染引擎正成為新一代工業(yè)軟件的核心技術(shù)支撐，并為其帶來了獨特的優(yōu)勢。傳統(tǒng)工業(yè)軟件在完成建模對象的幾何數(shù)據(jù)建模之后，為了讓線、框、點組成的幾何模型在2D的屏幕上呈現(xiàn)，并能夠表現(xiàn)出立體的3D視覺效果，需要向模型增加紋理、色彩、光影等信息，使得幾何模型最終呈現(xiàn)為三維圖像，這一過程被稱為渲染。
在工業(yè)廣泛應(yīng)用的軟件如CAD、CAE、BIM等，在完成數(shù)據(jù)模型后都需要實時渲染驅(qū)動來與場景結(jié)合，讓使用者更加直觀的看到融合場景的數(shù)據(jù)驅(qū)動內(nèi)容展示。具體實現(xiàn)架構(gòu)及應(yīng)用結(jié)合方式如下：
3D 渲染引擎與工業(yè)軟件的聚變
借助實時3D圖形渲染引擎，企業(yè)可以將復(fù)雜的工程圖紙、產(chǎn)品模型以及原型樣本等轉(zhuǎn)化為物理實體在數(shù)字世界的實時鏡像體。這不僅使企業(yè)在產(chǎn)品設(shè)計、工程規(guī)劃等方面節(jié)省大量時間和成本，更重要的是，它為企業(yè)帶來了全新的交互式體驗，使得客戶、設(shè)計人員和工程師能夠更加直觀地參與其中，進行深度溝通、共同協(xié)作，從而推動企業(yè)產(chǎn)品的不斷創(chuàng)新和提升。
此外，結(jié)合實時3D圖形渲染引擎，企業(yè)可以通過分析生產(chǎn)制造過程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，呈現(xiàn)出這些數(shù)據(jù)之間多維度的邏輯關(guān)系，從而幫助管理者做出更明智的決策。在工業(yè)數(shù)字化、智能化發(fā)展過程中，諸多傳統(tǒng)工業(yè)軟件與實時 3D 圖形渲染引擎相結(jié)合的創(chuàng)新應(yīng)用正在嶄露頭角。
2.1 CAD與實時3D圖形渲染引擎的聚變
數(shù)字化工業(yè)設(shè)計軟件（CAD）結(jié)合實時3D圖形渲染引擎可以加速產(chǎn)品和工程設(shè)計過程。設(shè)計人員可以在虛擬環(huán)境中快速創(chuàng)建、修改和測試產(chǎn)品原型，避免在實際制造階段發(fā)現(xiàn)設(shè)計問題。同時，通過虛擬試驗，可以優(yōu)化產(chǎn)品性能并改進生產(chǎn)流程，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。
CAD與實時3D圖形渲染引擎結(jié)合，為產(chǎn)品設(shè)計、建筑規(guī)劃、工程模擬等領(lǐng)域帶來了巨大的益處。在這種應(yīng)用結(jié)合下，設(shè)計人員使用CAD軟件進行產(chǎn)品或場景的三維建模。這些模型包含了產(chǎn)品的外觀、結(jié)構(gòu)和功能等關(guān)鍵信息。當(dāng)設(shè)計人員將CAD模型導(dǎo)入到實時3D圖形渲染引擎中，就可以將靜態(tài)的CAD模型轉(zhuǎn)化成具有真實光影效果和紋理的動態(tài)三維場景。這意味著設(shè)計人員可以為產(chǎn)品設(shè)置逼真的光照、材質(zhì)貼圖和環(huán)境背景。
在實時3D圖形渲染引擎中，設(shè)計人員可以進一步調(diào)整場景的擺放、燈光效果和相機視角，以展示產(chǎn)品的各個方面和細節(jié)。通過調(diào)整這些參數(shù)，設(shè)計人員可以優(yōu)化產(chǎn)品的外觀和視覺效果，從而更好地滿足客戶的需求。實時3D圖形渲染引擎還可以生成高質(zhì)量的渲染圖像或動畫。這些渲染結(jié)果可以用于產(chǎn)品展示、市場營銷、客戶演示以及設(shè)計審查。通過在渲染過程中添加動畫效果，設(shè)計人員還可以展示產(chǎn)品的運動和功能，從而更好地傳達設(shè)計意圖。
CAD軟件與實時3D圖形渲染引擎的聚變反應(yīng)鏈
另外，使用實時3D圖形渲染引擎的工業(yè)軟件可以促進團隊之間的協(xié)同和溝通。團隊成員可以在共享的虛擬環(huán)境中討論和編輯設(shè)計，更直觀地交流意見和修改，從而減少誤解和加快決策過程。
2.2 CAE 與實時3D圖形渲染引擎的聚變
虛擬仿真軟件（CAE）與實時3D圖形渲染引擎應(yīng)用結(jié)合是一種將CAE仿真分析結(jié)果及數(shù)據(jù)與實時3D圖形渲染引擎相結(jié)合的技術(shù)，用于可視化展示和分析工程模擬的過程和結(jié)果。
實時3D圖形渲染引擎能夠?qū)⒃O(shè)計、工程模型和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為實時數(shù)據(jù)驅(qū)動的動態(tài)三維場景。這樣，工程師、設(shè)計人員和決策者可以更直觀地理解和評估產(chǎn)品、工廠或設(shè)備的外觀和功能。通過虛擬仿真，可以在虛擬環(huán)境中測試設(shè)備、進行流程優(yōu)化和預(yù)測產(chǎn)品性能，從而降低實際生產(chǎn)過程中的風(fēng)險和成本。這種結(jié)合為工程領(lǐng)域帶來了更全面、直觀的模擬分析和決策支持。
這一過程如何實現(xiàn)？首先，工程師使用CAE軟件進行各種工程模擬和分析。如：利用有限元分析（FEA）來評估結(jié)構(gòu)的強度和剛度，流體動力學(xué)分析 （CFD）用于研究流體流動行為，以及熱傳導(dǎo)分析用于研究熱傳導(dǎo)性能等。其次，工程師將CAE仿真分析結(jié)果通過實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞浇尤氲綄崟r3D圖形渲染引擎中。實時3D圖形渲染引擎能夠?qū)AE模擬得到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成逼真的三維圖像或動畫，使工程師可以更直觀地展示復(fù)雜的CAE分析結(jié)果，從而更容易理解和解釋。
在實時3D圖形渲染引擎中，工程師可以設(shè)置場景的外觀、燈光效果和材質(zhì)貼圖，以展示工程系統(tǒng)的實際運行狀態(tài)和行為。通過動態(tài)的三維場景，工程師可以觀察工程系統(tǒng)在不同條件下的響應(yīng)和變化，更直觀地了解系統(tǒng)的性能和瓶頸。此外，實時3D圖形渲染引擎還可以生成高質(zhì)量的渲染圖像或動畫，用于工程報告、客戶演示和決策支持。這樣的渲染結(jié)果可以用于展示工程系統(tǒng)的設(shè)計優(yōu)勢、問題所在以及可能的改進方案，從而幫助工程師和決策者做出決策。
CAE軟件與實時3D圖形渲染引擎的聚變反應(yīng)鏈
2.3 CAM與實時3D圖形渲染引擎的聚變
CAM在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)描述、工程信息表達、工程信息的傳輸與轉(zhuǎn)化、信息管理等過程中，通過與實時3D圖形渲染引擎結(jié)合將產(chǎn)品加工路徑與逼真的三維模型相結(jié)合，實現(xiàn)對制造過程的可視化和優(yōu)化。
首先，CAM創(chuàng)建產(chǎn)品的工藝路徑和加工策略，根據(jù)三維模型的幾何信息和工件的加工要求，生成產(chǎn)品加工軌跡及運動、加工順序等信息。這些信息用于指導(dǎo)加工設(shè)備的運動和加工過程，從而將三維模型轉(zhuǎn)換為實際零件。通過將生成的工藝路徑導(dǎo)入到實時3D圖形渲染引擎中，實時3D圖形渲染引擎可以將加工路徑與三維模型相結(jié)合，以逼真的方式展示零件的制造過程。
通過這種可視化展示，制造工程師和操作人員可以更好地理解加工過程中的加工情況和工件的形狀變化。此外，制造工程師可以檢查加工過程中可能出現(xiàn)的問題，比如干涉、碰撞等，并對CAM工藝路徑進行優(yōu)化。實時3D圖形渲染引擎應(yīng)用結(jié)合提供了一種更直觀的方式來溝通制造過程， 從而提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量。
CAM軟件與實時3D圖形渲染引擎的聚變反應(yīng)鏈
2.4 BIM與實時3D圖形渲染引擎的聚變
近年來，BIM與實時3D圖形渲染引擎的應(yīng)用結(jié)合趨勢日益明顯。實時3D圖形渲染引擎通過實時接入BIM軟件生成的模型數(shù)據(jù)，將模型中的建筑信息以及各種數(shù)據(jù)元素，如建筑構(gòu)件、材料、空間信息、施工進度等，與逼真的三維模型相結(jié)合，實現(xiàn)對建筑項目的全過程可視化和綜合管理。
建筑設(shè)計師、工程師等多個團隊可以結(jié)合實時3D圖形渲染引擎進行協(xié)同工作，共享設(shè)計數(shù)據(jù)，并在設(shè)計和施工過程中更新和管理模型，各個團隊成員可以更直觀地理解建筑項目的設(shè)計意圖和復(fù)雜的空間布局。此外，在實時3D圖形渲染引擎加持下，前端設(shè)計工具可以進行場景的外觀、光照效果和材質(zhì)的設(shè)置，使建筑項目更加真實。設(shè)計師可以漫游整個建筑模型，觀察建筑的外觀、內(nèi)部空間和結(jié)構(gòu)等細節(jié)。
施工團隊可以使用3D模型來規(guī)劃施工過程和檢查施工進度。通過實時3D圖形渲染引擎與實時建筑設(shè)計數(shù)據(jù)的結(jié)合，可以輸出高質(zhì)量的渲染圖像或動畫，展示建筑項目的全過程。這些渲染結(jié)果可以用于設(shè)計評審、客戶演示、施工規(guī)劃等，以此優(yōu)化設(shè)計和施工流程，提高建筑質(zhì)量和效率。
BIM 軟件與實時3D圖形渲染引擎的聚變反應(yīng)鏈
2.5 MES與實時3D圖形渲染引擎的聚變
在生產(chǎn)制造現(xiàn)場，對生產(chǎn)過程的有效監(jiān)控至關(guān)重要。MES與實時3D圖形渲染引擎的應(yīng)用結(jié)合，將制造過程中的實時數(shù)據(jù)和生產(chǎn)信息與生產(chǎn)設(shè)備、流水線及工廠環(huán)境下所包含的所有物理設(shè)備與數(shù)字世界進行連接，實現(xiàn)對制造現(xiàn)場全方位的可視化監(jiān)控和實時決策支持。
MES 系統(tǒng)收集和處理制造過程中的各種實時數(shù)據(jù)，包括設(shè)備狀態(tài)、生產(chǎn)進度、物料庫存、工人工作狀態(tài)等，這些實時數(shù)據(jù)和生產(chǎn)信息通過API接口或者數(shù)據(jù)庫形式導(dǎo)入實時3D圖形渲染引擎中。引擎可以將MES系統(tǒng)收集的實時數(shù)據(jù)與三維模型及場景相結(jié)合，以直觀展示制造現(xiàn)場的情況。
通過實時可視化展示，生產(chǎn)管理人員可以更直觀地了解制造過程中的狀態(tài)和變化，并實時呈現(xiàn)制造現(xiàn)場的外觀、設(shè)備運行狀態(tài)、物料流動等，使整個制造過程更加真實，還可以觀察設(shè)備的運行情況、生產(chǎn)進度以及人員的工作狀態(tài)等細節(jié)。
通過實時3D圖形渲染引擎展示實時數(shù)據(jù)，生產(chǎn)管理人員可以快速發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中的問題，并及時做出調(diào)整和決策。例如，在生產(chǎn)線上發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，管理人員可以立即采取措施解決，避免生產(chǎn)中斷，實現(xiàn)制造過程的優(yōu)化和實時決策支持，更好地了解和管理制造過程，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量。
MES系統(tǒng)與實時3D圖形渲染引擎的聚變反應(yīng)鏈
工業(yè)大數(shù)據(jù)與
實時3D圖形渲染引擎的聚變
工業(yè)軟件涉及大量的數(shù)據(jù)，包括傳感器數(shù)據(jù)、模擬結(jié)果和設(shè)備參數(shù)等。數(shù)據(jù)是工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，通過數(shù)據(jù)的收集、存儲和分析，企業(yè)可以了解生產(chǎn)過程中的變化趨勢、設(shè)備狀態(tài)、產(chǎn)品質(zhì)量等重要信息，從而做出更明智的決策和優(yōu)化生產(chǎn)流程。然而，數(shù)據(jù)本身往往是抽象的、復(fù)雜的，無法直觀表達生產(chǎn)管理過程的全貌。在大數(shù)據(jù)時代，企業(yè)面臨著海量的數(shù)據(jù)和多樣的挑戰(zhàn)。
在這種情況下，可視化的作用顯得尤為重要?？梢暬ㄟ^將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖表、圖像或動畫等直觀的形式，使得數(shù)據(jù)更易于理解和分析。通過可視化，工業(yè)企業(yè)可以將復(fù)雜的數(shù)據(jù)關(guān)系和趨勢以更簡單、直觀的方式展示給生產(chǎn)管理人員。通過可視化將數(shù)據(jù)進行整合和展示，有助于工業(yè)企業(yè)更好地發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中隱藏的價值。
可視化可以用于實時監(jiān)控生產(chǎn)過程，幫助企業(yè)迅速發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)線上的問題，并做出相應(yīng)的決策。同時，可視化也可以用于歷史數(shù)據(jù)的分析，幫助企業(yè)了解過去的生產(chǎn)情況，總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，為未來做出更好的規(guī)劃和決策。這樣，生產(chǎn)管理人員可以通過一張圖表或一張地圖，快速了解生產(chǎn)過程的狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)異常和問題，做出及時的反應(yīng)和調(diào)整。這種數(shù)據(jù)可視化有助于決策者更好地理解工業(yè)過程，及早發(fā)現(xiàn)潛在的問題并把握機會。
在可視化的基礎(chǔ)上，實時3D圖形渲染引擎的作用更進一步。通過實時3D圖形渲染引擎，這些復(fù)雜的數(shù)據(jù)可以以3D場景化的方式呈現(xiàn)，幫助工業(yè)企業(yè)實現(xiàn)更真實、更直觀的生產(chǎn)過程可視化，更容易理解和分析數(shù)據(jù)。通過將大數(shù)據(jù)分析結(jié)果融入到3D場景中，生產(chǎn)管理人員可以更清楚地了解生產(chǎn)線上的狀態(tài)和流程，觀察設(shè)備的運行情況、產(chǎn)品的生產(chǎn)過程以及設(shè)備之間的協(xié)調(diào)工作。這樣，生產(chǎn)管理人員可以更加深入地了解生產(chǎn)過程中的細節(jié)，發(fā)現(xiàn)潛在的問題和風(fēng)險，并做出更準(zhǔn)確的決策和調(diào)整。
大數(shù)據(jù)分析與3D引擎結(jié)合可以將大數(shù)據(jù)分析得出的結(jié)論可視化，并與高度還原的三維模型相結(jié)合，實現(xiàn)對復(fù)雜數(shù)據(jù)關(guān)系的多維度、不同邏輯關(guān)系下的可視化和更深入的數(shù)據(jù)洞察。企業(yè)生產(chǎn)、管理過程中各類系統(tǒng)、流程下產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息，通過實時傳輸至3D渲染引擎可以將大數(shù)據(jù)分析結(jié)果轉(zhuǎn)換三維數(shù)據(jù)關(guān)系或者場景，并以三維立體展示，用戶可以更直觀地了解大數(shù)據(jù)分析得出的復(fù)雜數(shù)據(jù)關(guān)系和模式，進行更深入的數(shù)據(jù)洞察。這種方式從不同維度展示了大數(shù)據(jù)分析結(jié)果的全貌，幫助用戶更好地理解數(shù)據(jù)和做出決策。
數(shù)字孿生是工業(yè)軟件、大數(shù)據(jù)和
3D實時渲染引擎融合孕育而生的產(chǎn)物
數(shù)字孿生是工業(yè)系統(tǒng)流程管理、狀態(tài)監(jiān)測和運行控制等工業(yè)活動的載體，其基礎(chǔ)功能包括對工業(yè)系統(tǒng)實體的感知與控制、模型的構(gòu)建與管理、數(shù)據(jù)的組織與使用、應(yīng)用服務(wù)的設(shè)計與部署以及工業(yè)系統(tǒng)實體、數(shù)字模型、數(shù)據(jù)和應(yīng)用服務(wù)之間的高效連接等。
一個完備的數(shù)字孿生體包含數(shù)字模型、測量與控制、 模擬仿真、數(shù)據(jù)分析、數(shù)字資產(chǎn)和人機界面等要素，是工業(yè)軟件、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的綜合應(yīng)用。與傳統(tǒng)數(shù)字化技術(shù)相比，數(shù)字孿生更強調(diào)孿生體反哺優(yōu)化物理實體，其關(guān)鍵在于通過數(shù)據(jù)驅(qū)動實現(xiàn)數(shù)字孿生體和物理實體的“共生”，達到全生命周期的映射、管理、控制、預(yù)測和優(yōu)化的目的。
實時3D圖形渲染引擎對于數(shù)字孿生技術(shù)至關(guān)重要。數(shù)字孿生是將實際設(shè)備或系統(tǒng)與其數(shù)字模型相連接的技術(shù)，實時3D圖形渲染引擎能夠幫助創(chuàng)建和維護數(shù)字孿生模型，實現(xiàn)實時的設(shè)備監(jiān)測、模擬和優(yōu)化。
數(shù)字孿生具有數(shù)模聯(lián)動、虛實交互的特性，而數(shù)據(jù)的連接交互是實現(xiàn)數(shù)字孿生動態(tài)運行和虛實空間高效融合的核心關(guān)鍵。實時渲染引擎所具備的數(shù)據(jù)實時接入能力，與云化數(shù)據(jù)管理平臺相結(jié)合，如華為iDME數(shù)據(jù)模型引擎，可整合并實現(xiàn)數(shù)字孿生應(yīng)用場景的數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)處理、交互配置和算法調(diào)用，從而實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場在數(shù)字化世界的全面映射、感知、交互和管理。
隨著虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展，實時3D圖形渲染引擎為數(shù)字孿生體提供了人機交互能力，且超越了人體五官所能提供的功能。虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以實現(xiàn)沉浸式的體驗，幫助用戶更深入地探索和交互虛擬模型。增強現(xiàn)實技術(shù)可以將虛擬模型疊加到現(xiàn)實世界中，實現(xiàn)實時的可視化和指導(dǎo)，有助于提高操作效率和準(zhǔn)確性。該技術(shù)使數(shù)字化的世界在感官和操作體驗上更加接近物理世界，讓“孿生”一詞變得更為精妙。但在數(shù)字世界中，人類又具有超人般的特異功能，可以無限駕馭數(shù)字世界，例如變換大小、穿墻而過、隔空取物、時空穿越等。此時，人通過數(shù)字孿生體，開始獲得超體的體驗。
核心能力
是實時3D圖形渲染引擎的聚變?nèi)剂?/strong>
圖形處理能力、圖像處理能力、實時渲染能力、智能生產(chǎn)能力、音頻處理能力是實時3D圖形渲染引擎的核心功能，此外還應(yīng)具備出色易用性、擴展性、兼容性、跨平臺等性能。這些功能和性能可以說是實時3D圖形渲染引擎的聚變?nèi)剂稀?
出色的圖形處理能力3D實時渲染引擎兼顧高精度的三維模型處理、紋理貼圖技術(shù)、光影處理、強大的幾何計算能力、高頻幀率處理能力、快速的內(nèi)存讀寫能力、高效的并行處理能力以及物理模擬能力。這些能力共同支持引擎處理大量三維模型，實現(xiàn)紋理映射，精確渲染反射、陰影等光影效果。
同時，強大的幾何計算能力使得引擎能夠?qū)θS模型進行變換、裁剪和投影等操作，提供流暢的使用體驗?？焖俚膬?nèi)存讀寫能力和高效的并行處理能力則確保了數(shù)據(jù)的迅速傳輸和處理，提高了渲染效率。此外，物理模擬能力使得粒子系統(tǒng)、水流模擬和布料模擬等效果得以實現(xiàn)。綜合這些圖形處理能力，三維實時渲染引擎才能夠渲染出具有高畫質(zhì)、優(yōu)秀性能的視覺效果，滿足各類應(yīng)用場景的需求。
卓越的圖像處理能力
工業(yè)領(lǐng)域數(shù)字化的落地應(yīng)用，除了需要優(yōu)秀的實時圖形處理能力外，為了實現(xiàn)物理世界和數(shù)字世界的高效聯(lián)動，同樣需要融合處理圖像的相關(guān)能力。
如在音視頻編解碼方面，引擎需要在不同的環(huán)境及硬件上進行高效的音頻和視頻流的解碼和編碼。支持各種標(biāo)準(zhǔn)和高級的音視頻編解碼格式，包括但不限于AAC、MP3、H.264、H.265編碼等。此外，實時渲染引擎也需要在音頻和視頻的播放中完成同步處理，以保證使用的最佳體驗。
此外，在圖像識別方面，三維實時渲染引擎應(yīng)該具備圖像處理和計算機視覺的能力，這是現(xiàn)實與虛擬世界結(jié)合、實現(xiàn)增強現(xiàn)實（AR）或虛擬現(xiàn)實（VR）的基礎(chǔ)。這涵蓋了從簡單的顏色和形狀識別，到復(fù)雜的物體識別，人臉識別， 甚至深度學(xué)習(xí)的圖像識別等技術(shù)。
對虛實映射應(yīng)用來說，實時渲染引擎既要將虛擬的3D模型和場景以逼真和高效率的方式呈現(xiàn)出來，同時也要將現(xiàn)實世界中的信息以適當(dāng)方式集成進來。例如，在AR場景中，引擎需要在現(xiàn)實場景中適當(dāng)?shù)匾胩摂M元素，以及根據(jù)現(xiàn)實環(huán)境的變化調(diào)整虛擬元素的顯示——這就需要實時跟蹤和處理來自現(xiàn)實世界的數(shù)據(jù)，如視點、光照、物理碰撞等。
實時渲染能力實時渲染技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用越發(fā)廣泛，如產(chǎn)品設(shè)計、制造和維修工作更為高效精準(zhǔn)，用戶體驗也被極大提升。
實時渲染技術(shù)極大提升了設(shè)計效率。在傳統(tǒng)的工作流中，設(shè)計師通常需要投入大量時間在等待模型渲染完成，而實時渲染技術(shù)可以讓設(shè)計師立即看到設(shè)計的效果，這不僅提升了工作效率，也使設(shè)計師可以在設(shè)計過程中進行實時的調(diào)整和優(yōu)化，進一步提升設(shè)計的質(zhì)量。
實時渲染能力有助于實現(xiàn)精準(zhǔn)模擬。該技術(shù)可以將復(fù)雜的物理特性如光線、材質(zhì)、陰影等納入計算，以及復(fù)雜的表面特性，在模型中實現(xiàn)近乎真實的模擬和渲染。這一優(yōu)點在各種領(lǐng)域都得到廣泛應(yīng)用，尤其在汽車和航空制造領(lǐng)域，可以實現(xiàn)對產(chǎn)品在各種環(huán)境和條件下性能的精準(zhǔn)模擬，降低設(shè)計風(fēng)險。
實時渲染技術(shù)具備強大的交互性。它使工程師和設(shè)計師能夠?qū)崟r交互，旋轉(zhuǎn)、縮放、調(diào)色等操作的結(jié)果可以立即看到，極大提高了用戶的體驗。同時， 這一特性也使得客戶能更好地理解和接觸產(chǎn)品，有利于提高市場推廣效果和使用者的滿意度。
成本的節(jié)省。借助實時渲染這一技術(shù)，企業(yè)可以在設(shè)計階段甚至在生產(chǎn)階段前納入更多的變量進行模擬和分析，而不必制造實物樣品。以此，可以避免或者至少可以減少實物樣品的制造，大幅降低費用和時間成本。
隨著實時渲染技術(shù)的不斷演進，其對硬件性能的要求逐步降低，使得該技術(shù)逐漸普及和實用化。未來，我們有理由相信實時渲染技術(shù)將進一步推動工業(yè)設(shè)計和生產(chǎn)的革新，使得工業(yè)生產(chǎn)變得更為高效，節(jié)約資源和環(huán)保。
智能的生成能力基于克隆、排列特效、自形變物體等功能，實現(xiàn)草地、樹木等內(nèi)容批量生產(chǎn)和分布排列，旗幟飄動、海洋水波流動等創(chuàng)意效果的自動生成，程序輔助生產(chǎn)大幅提升使用者的創(chuàng)作能力和效率，滿足大規(guī)模復(fù)雜場景的快速制作需求。
基于自動路徑規(guī)劃功能，設(shè)置起點和終點，引擎自動生成漫游路徑，提升場景漫游追蹤等內(nèi)容的制作效率。
杰出的性能為了更好的與傳統(tǒng)工業(yè)軟件應(yīng)用能力匹配，實時3D圖形渲染引擎除了要具備以上優(yōu)秀能力外，還應(yīng)該具備以下卓越的性能：
圖形實時處理及實時數(shù)據(jù)接入效率：隨著工業(yè)應(yīng)用場景越來越復(fù)雜，實時3D圖形渲染引擎需要處理超大場景、超精細模型等數(shù)據(jù)和信息體量巨大的工業(yè)模型體，動輒億級三角面片數(shù)及毫秒級的數(shù)據(jù)接入頻率，引擎能夠支持實時處理，并且保證在穩(wěn)定幀率下運行顯示。
高效的交互操作：針對渲染輸出的展示結(jié)果，會根據(jù)現(xiàn)有傳統(tǒng)工業(yè)軟件的操作使用習(xí)慣進行整體性交互設(shè)計。這些交互包含模型基礎(chǔ)交互操作如：融合后處理結(jié)果的模型選取、模型部件的分離查看，爆炸圖展示等，此外，也可以對渲染模型、三維場景、內(nèi)容效果展示進行編輯、求解算法調(diào)用、數(shù)據(jù)與圖表展示等，同時，也需要支持第三方實際應(yīng)用調(diào)取引擎與交互指令。渲染輸出結(jié)果支持到各類的交互終端如VR/AR設(shè)備或者多端設(shè)備的協(xié)同交互。
廣泛的易用性：強大場景編輯系統(tǒng)、動畫編輯系統(tǒng)和攝像機控制模式（攝像機第一視角漫游模式、圖文編輯模式等），讓普通使用者能夠通過簡單操作實現(xiàn)高階效果。提供節(jié)點編輯功能，讓使用者無需編寫代碼即可實現(xiàn)邏輯運算、 觸控操作、動畫觸發(fā)、參數(shù)互動、與外圍設(shè)備進行交互操作等效果，打破專業(yè)限制，降低內(nèi)容創(chuàng)作門檻，將數(shù)字內(nèi)容應(yīng)用引入到各行各業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中。
豐富的擴展性：提供功能豐富的SDK，助力各類工業(yè)軟件進行聯(lián)合應(yīng)用開發(fā)，快速響應(yīng)市場需求，無需從0開發(fā)，輕松構(gòu)建工業(yè)軟件融合創(chuàng)新應(yīng)用模式。
極高兼容性及跨平臺能力：跨平臺是挑戰(zhàn)也是必要能力，引擎應(yīng)具備對多種操作系統(tǒng)（如Windows、macOS、Linux、Android 和 iOS等）的兼容性。這意味著引擎必須與各平臺的硬件和軟件環(huán)境互動，確保3D內(nèi)容的忠實、高效展示。對不同的開發(fā)環(huán)境，引擎也應(yīng)提供相應(yīng)的API和工具集。同時，考慮到移動設(shè)備的廣泛應(yīng)用，針對性能相對較弱，硬件資源受限的移動平臺，引擎應(yīng)有優(yōu)化機制，保障渲染性能和電源管理。
為了滿足需求多變、更新頻繁的三維圖形應(yīng)用，引擎也必須具備極強的擴展能力，以適配未來可能出現(xiàn)的新設(shè)備、新環(huán)境和新標(biāo)準(zhǔn)。
三維實時渲染引擎在跨平臺和兼容性上的能力，是決定其實用性和未來發(fā)展?jié)摿Φ年P(guān)鍵因素，這需要引擎在設(shè)計和實現(xiàn)上持續(xù)跟進技術(shù)進步，滿足各種變化的需求。
新一代工業(yè)軟件需要
一個強大的3D圖形渲染引擎
驅(qū)動新一代工業(yè)軟件快速發(fā)展的共性內(nèi)核有很多，如幾何建模引擎，幾何約束求解引擎，模型輕量化引擎，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換引擎，工業(yè)渲染引擎、通用前后處理引擎，網(wǎng)格剖分引擎等。其中，實時3D圖形渲染引擎作為其他共性技術(shù)的核心鏈接點，打通了各關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)，進一步實現(xiàn)了數(shù)據(jù)流的平滑轉(zhuǎn)換與高效處理。
隨著智能時代的到來，工業(yè)軟件已經(jīng)深入到企業(yè)研發(fā)設(shè)計和生產(chǎn)經(jīng)營的每一個環(huán)節(jié)?？萍嫉难该桶l(fā)展催生了新一代工業(yè)軟件，它們?nèi)缤瑥姶蟮囊?，推動著工業(yè)企業(yè)實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和高質(zhì)量發(fā)展。其中，實時3D圖形渲染引擎以其卓越的性能和豐富的展現(xiàn)形式，為工業(yè)數(shù)字化的深度發(fā)展注入了新的活力，為企業(yè)帶來了前所未有的全新體驗和巨大的競爭優(yōu)勢。在工業(yè)數(shù)據(jù)信息的驅(qū)動下，新一代工業(yè)軟件正朝著實時性、交互式、三維化的方向快速進階，強大的實時3D圖形渲染引擎已經(jīng)成為了這個進程中的必然選擇。
唐興波，艾迪普科技創(chuàng)始人，20多年從事實時三維圖形圖像核心技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用，參與多項國家重大根技術(shù)攻關(guān)項目。
