GPU 渲染全解读：GPU 渲染器的发展与对比

从 Renderman、Mental Ray 到 Redshift、Iray, 渲染器新宠驾到

对业内人士来说，渲染器是平时除制作软件之外接触最多的一类软件，如老牌的大神级渲染器 Renderman、Mental Ray, 在国内市场占有率极高的后起之秀 Arnold、Vray。这些渲染器除了 Vray RT 版本支持 GPU 渲染之外，其他都是传统的 CPU 渲染器。

那么，全球市场上有哪些 GPU 渲染器可供选择？它们的性能如何呢？在进入这个大家关心的问题之前，我们先简单回顾一下渲染器的发展。

渲染器，承担了将 3D 物体呈现在屏幕上的任务。

简单来讲，用渲染器进行渲染的过程，就是把制作软件里的预览效果变到融合材质、光照、物理特性的最终效果的这个过程，这是 CG 制作中最重要的一步，关乎着最终效果的呈现。

制作软件中的粗略效果

渲染后输出的最终效果

渲染的难点，在于需要用电脑模拟出真实物理世界的光照效果，需要全盘考虑光的直射、反射、散射、漫反射、衍射、干涉、光衰减等所有光的特性。对光的呈现越充分，计算越复杂，计算量也越大。主流渲染器的核心算法都是在解决同一个问题，即光的表现问题。研发人员对光的不同理解和表现侧重，造就了两种不同的核心算法：扫描线算法 (Scanline) 和光线追踪算法 (Ray Tracing)。

Renderman 和 Mental Ray 两款大神级渲染器分别将扫描线算法和光线追踪算法推向极致。两者都拥有卓越的光线表现能力，在影视级渲染中得到最广泛的应用。Renderman 近些年渲染的作品中大家耳熟能详的有《冰雪奇缘》、《了不起的盖茨比》、《钢铁侠 3》、《环太平洋》等影片。Mental Ray 渲染的影视大片有《终结者 2》、《黑客帝国 2》、《蜘蛛侠》等。但这两款渲染器的使用门槛相当高，特别是 Renderman, 其使用人员往往要求同时是一流的技术人员和完美的艺术家，所以尽管现在 Renderman 也开放免费版本了，但推广难度依然很大。

在后起之秀中，无论是 Arnold, 还是 Vray, 都是基于光线追踪算法开发的。Arnold 在保证优秀的渲染品质的同时，在速度、易用性和学习门槛方面都远超 Renderman 和 Mental Ray, 因而也被大量应用于动画、电影领域。Vray 则针对静帧进行了全面优化，是在室内设计方面被市场公认的出图快，效果又好的一款渲染器，在国内市场的占有率相当高。还值得一提的是 MAXWELL Render 这款渲染器，它采用建立在灯光的真实物理属性基础上的算法，是一种完全不同于传统法扫描线算法和光线追踪算法，可以产生令人难以置信的照明效果。不过渲染速度慢是 MAXWELL Render 最大的使用瓶颈。

随着 GPU 渲染时代的到来，上面提到的传统渲染器中，Vray 首先针对 GPU 进行了优化，可以支持 GPU 渲染。同时，研发人员也开始着手开发一些完全基于 GPU 加速的渲染器。下面给大家着重介绍 REDSHIFT 和 Iray 两款 GPU 渲染器。

REDSHIFT 在 2012 年推出，是世界第一款完全基于 GPU 加速的、有偏差的渲染器，也是现在市场接受度最高的一款 GPU 渲染器。在核心算法上，Redshift 采用了光线追踪算法。从渲染效果来说，REDSHIFT 已经达到了 GPU 渲染的最高水准，可以渲染输出电影级品质的图像。与传统渲染器相比，REDSHIFT 在速度方面的表现也更胜一筹，在同等输出效果下，其速度甚至超过了以快著称的 Arnold 和 Vray。

Iray 是 NVIDIA 在收购 Mental Ray 之后，在 Mental Ray 基础上针对 GPU 优化改进的一款渲染器，同样采用光线追踪算法。Iray 的各方面表现相当均衡，且背靠 NVIDIA，是当今市场上唯一可以与 REDSHIFT 一较高下的一款 GPU 渲染器。

REDSHIFT 和 Iray 这两款新兴的 GPU 渲染器，也都是非常注重用户体验的渲染器代表，在易用性和易学性方面有着很大的优势。

综合前文和本章，GPU 渲染在硬件支持上的优势，再加上软件支持上的不断成熟和优化，让这种基于 GPU 的渲染解决方案具有相当广阔的市场应用前景。