游戏特效为什么做不到像电影特效里的那样真实？

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。