1、2022年年1月月18日日传媒互联网行业前沿科技专题系列报告传媒互联网行业前沿科技专题系列报告数字数字场景建设：场景建设：元宇宙的元宇宙的“基建施工”“基建施工”1 1核心观点核心观点数字场景建设可以类比为在元宇宙中的数字场景建设可以类比为在元宇宙中的“基建施工基建施工”，数字经济和元宇宙浪潮下数字数字经济和元宇宙浪潮下数字场景建设未来有望场景建设未来有望迎来发展机遇迎来发展机遇。数实融合的数字场景是元宇宙的具象空间和内容承载，因此数字场景建设构建起元宇宙的基础空间和设施。数字场景已经在游戏、影视、工业建筑、设计等领域广泛应用，随着软硬件逐步完善、数字孪生和全真互联网的发展、国家对数字经济建设
2、的鼓励和扶持、VR/AR等新型终端设备的普及，对于数字场景建设的需求将会不断提高。长期看，数字场景将成为元宇宙时代的基础设施，在全面数实融合的过程中拓展出广阔的发展空间。算力算力、游戏引擎和数字创意游戏引擎和数字创意是数字场景建设的是数字场景建设的三三大要素：大要素：1）算力是数字经济时代的新生产力算力是数字经济时代的新生产力。高并发用户、多模态体验、高渲染精度、建模方式变化等的驱动下，未来虚拟场景搭建所需算力必然以指数级提升。2）游戏引擎游戏引擎是数字场景建设的是数字场景建设的工具箱工具箱。丰富的建模、渲染、算法能力、工具和数据能够在平台中不断积累、复用和迭代，从而推动各个领域数字场景建设的
3、开发效率提升。3）内容创意内容创意是数字场景建设的是数字场景建设的图纸图纸。PGC和UGC都将贡献大量数字内容创意，其中PGC专业创作者将是数字场景建设不可或缺的力量，同时UGC在元宇宙的建设中的重要性也在不断提升，实现数字场景的多元化发展；同时创作者可以从现实世界文化以及经典IP中汲取灵感，创造出异彩纷呈的虚拟空间。把握时代机遇把握时代机遇，数字场景建设应用领域不断拓展数字场景建设应用领域不断拓展。随着基础技术的日趋完善、计算能力快速提升、人工智能飞速发展、人机交互模式不断变化，当前的数字产业正在快速进化，虚拟和现实世界不断融合。数字场景建设伴随着技术和内容生产方式的变革，在游戏娱乐、AR/
4、VR、虚拟地产等新领域的应用不断深化。同时，随着数字经济建设成为国家重点发展战略，数字场景建设将不断推动产业数字化转型，并在未来作为数字孪生和全真互联网等趋势的重要部分进一步演化，在全面数实融合的过程中拓展出广阔的发展空间。风险风险提示提示：数字场景建设下游的创新应用尚不成熟，存在需求不及预期风险；技术领域投入和发展速度不及预期风险；政策或监管风险；行业竞争加剧风险等。投资建议投资建议：我们认为算力、游戏引擎和数字内容创意是数字场景建设的三大要素，建议投资者从3个层次关注数字场景建设行业：数字场景建设的精细化和多元化离不开算力的底层支持，建议关注半导体建议关注半导体、5G/6G通信通信、云和边
5、缘计算云和边缘计算、IDC等领域研发能力领先的公司等领域研发能力领先的公司；游戏引擎作为数字场景建设的工具箱，带来数字场景真实感和沉浸感不断提升，同时游戏作为数字场景的原生应用，游戏厂商本身就具有数字场景建设的能力，建议关注头部游戏引擎公司如建议关注头部游戏引擎公司如Unity（U.N）、Epic Games（未上市未上市）和研发能力强劲的游戏公司腾讯控股和研发能力强劲的游戏公司腾讯控股（00700.HK）、网易网易（NTES.O）、Roblox（RBLX.N） 、心动公司心动公司（02400.HK）、三七互娱三七互娱（002555.SZ）、完美世界完美世界（002624.SZ）、吉比特吉比特
6、（603444.SH）等等；内容创意是数字场景建设的图纸，建议关注精品建议关注精品IP资源丰富的平台型资源丰富的平台型IP内容公司如阅文集团内容公司如阅文集团（00772.HK）、哔哩哔哩哔哩哔哩（BILI.O）、芒果超媒芒果超媒（300413.SZ）、中文中文在线在线（300364.SZ）和深耕数字创意展示的数字视觉技术公司如风语筑和深耕数字创意展示的数字视觉技术公司如风语筑（603466.SH）等等。此外，我们梳理了数字场景建设产业链上的部分相关公司，参见附表。jXMAoYsRqQpPpP7NcM8OtRmMpNoMlOqQoPlOoMoM6MqQzRwMqMtNuOoNsQ目录目录CON
7、TENTS21.1. 数字场景建设概要数字场景建设概要2.2. 核心要素一核心要素一：算力是基本生产力：算力是基本生产力3.3. 核心核心要素要素二二：游戏引擎是工具箱：游戏引擎是工具箱4.4. 核心核心要素要素三三：内容创意是施工图纸：内容创意是施工图纸5.5. 创新应用：关注技术和内容生产方式变革创新应用：关注技术和内容生产方式变革6.6. 未来展望：全面推动数实融合发展未来展望：全面推动数实融合发展7.7. 风险提示与投资建议风险提示与投资建议31. 数字场景建设概览数字场景建设概览I.I.数字场景建设：元宇宙中的“基建施工”数字场景建设：元宇宙中的“基建施工”II.II. 数字场景建设
8、近期数字场景建设近期热点事件热点事件4 41.1 数字场景建设数字场景建设元宇宙中的“基建施工”元宇宙中的“基建施工”数字数字场景建设可以类比为在元宇宙中场景建设可以类比为在元宇宙中的的“基建施工基建施工”。元宇宙作为互联网的下一种形态，发展路径一方面可以由实向虚，作为物理世界的复现和增强渲染，另一方面又可以由虚向实，通过元宇宙与现实世界的交互达到数实结合的全新阶段，而两种路径都需要打造与物理世界相平行的虚拟场景，作为元宇宙的具象空间和内容承载。数字场景建设构建起元宇宙的基础空间和设施，相当于元宇宙空间中的“基建施工”，而参与数字场景建设的相关公司相当于元宇宙“施工队”，其中算力是基本生产力，
9、游戏引擎是增进效果和效率的工具箱，数字创意是施工的图纸，构成了数字场景建设的三大核心要素。数字场景数字场景建设未来有望迎来发展机遇建设未来有望迎来发展机遇。数字场景已经在游戏、影视、工业建筑、设计等领域广泛应用，随着软硬件逐步完善、数字孪生和全真互联网的发展、国家对数字经济建设的鼓励和扶持、VR/AR等新型终端设备的普及，对于数字场景建设的需求将会不断提高。长期看，数字场景将成为元宇宙时代的基础设施，在全面数实融合的过程中拓展出广阔的发展空间。虚拟虚拟3D场景搭建场景搭建资料来源：腾讯研究院超级数字场景所需要素超级数字场景所需要素5 51.2 数字场景建设近期数字场景建设近期热点事件热点事件元
10、宇宙概念第一股元宇宙概念第一股Roblox上市：上市：游戏平台Roblox采用直接挂牌的方式在纽交所上市，作为全球最大的互动社区之一及大型多人游戏创作平台，Roblox是首个将“元宇宙”一词写入招股书的公司。上市当天，Roblox估价涨幅达到54%，公司估值比半年前融资时增长了7倍，达到近400亿美金。Roblox平台中拥有众多基于Roblox Studio自主搭建的UGC游戏和数字场景。腾讯发布腾讯发布“超级数字场景超级数字场景”战略战略：2021腾讯游戏年度发布会在线上举行，发布会以“超级数字场景”战略理念为核心，传递对游戏认知、产业边界的建设性思考，并通过60余款游戏产品与内容集中发布，
11、展现腾讯游戏为玩家带来的丰富体验与多元价值。英伟达在英伟达在GTC大会展示虚拟场景：大会展示虚拟场景：英伟达举办的GTC大会上，创始人兼首席执行官黄仁勋穿着标志性的皮夹克，在自家的厨房里做了主题演讲，之后公布整场演讲的背景是由英伟达仿真建模、追光技术（RTX）和GPU图像渲染做出来的虚拟场景，引起市场热议。虚拟土地交易量创历史新高：虚拟土地交易量创历史新高：Dapprader数据显示，在11月 Decentraland、The Sandbox（沙盒）等平台出现前所未有的流量和交易活动，虚拟土地交易量达到2.28亿美元，创历史新高，环比10月增长688%。虚幻引擎以虚幻引擎以黑客帝国黑客帝国为背
12、景发布开放世界技术演示：为背景发布开放世界技术演示：Unreal以黑客帝国世界为背景，发布黑客帝国觉醒：虚幻引擎5体验，其中的虚拟城市包括700万个实例化资产，其中有7000栋由数千个模块化部件组成的建筑、超过4万辆停放的车辆、超过260公里的道路等，虚幻5能够以电影级的质量和超快的速度渲染。百度发布元宇宙虚拟空间平台百度发布元宇宙虚拟空间平台“希壤希壤”：百度在Create大会揭开了“希壤”元宇宙的面纱，“希壤”基于AI原生云、空间声场重建等技术，能够在国内率先实现了10万人同屏互动和“万人演唱会级”真实声效还原。风语筑与百度就希壤达成元宇宙生态共建合作伙伴关系：风语筑与百度就希壤达成元宇宙
13、生态共建合作伙伴关系：风语筑将作为百度希壤元宇宙3D虚拟建筑开发商之一，承接3D虚拟建筑或数字空间的开发打造及内容运营业务。同时，风语筑与百度希壤计划将在希壤空间的核心区域打造元宇宙文化设施集群，并率先推出风语筑数字艺术馆，由风语筑负责规划设计、内容引入和运营。12月9日12月2日11月9日5月16日2021年3月10日12月29日2022年1月13日资料来源：壹点经济，人民网，澎湃新闻，Unreal官网，观点网，上海证券报，中信证券研究部绘制62. 核心壁垒一：算力是基本生产力核心壁垒一：算力是基本生产力I.I.性质：算力是数字经济时代的新生产力性质：算力是数字经济时代的新生产力II.II.
14、 需求：未来虚拟场景搭建所需算力必然以指数级提升需求：未来虚拟场景搭建所需算力必然以指数级提升III.III.现状：我国算力规模约占全球现状：我国算力规模约占全球31%31%IV.IV. 发展驱动力：技术和投入推动算力规模提高发展驱动力：技术和投入推动算力规模提高7 72.1 性质：算力是数字经济时代的新生产力性质：算力是数字经济时代的新生产力算力指数的基本结构算力指数的基本结构资料来源：中国信通院，中信证券研究部算力是数字经济时代的新生产力算力是数字经济时代的新生产力。2018年，诺贝尔经济学奖获得者William D. Nordhaus在计算过程一文中对算力进行定义：“算力是设备根据内部状
15、态的改变，每秒可处理的信息数据量”。自古代基于人力的算力起，每一次算力的提升，都带来了科技的突破和生产方式的革命，对人类社会发展有深远的影响。在数字经济时代，数据是新生产资料，算力是新生产力，算法是新生产关系，构成了新时代最基本的生产基石。随着5G、物联网、人工智能、VR/AR的发展，算力的重要性与日俱增。现阶段算力规模主要包括基础算力现阶段算力规模主要包括基础算力、智能算力和超算算力三部分智能算力和超算算力三部分。目前的算力主要应用于通用计算、人工智能和科学工程领域，对于芯片硬件和算力水平的要求有所不同，网络环境和算力投入为算力发展提供坚实保障，而消费和行业具体应用与算力规模相互促进。算力的
16、发展历程算力的发展历程资料来源：华为算力规模算力应用算力环境行业应用消费应用网络环境算力投入基础算力智能算力超算算力基础通用计算人工智能计算科学工程计算基于CPU芯片的服务器所提供的算力水平基于GPU、FPGA、ASIC等芯片的加速计算平台提供AI训练和推理的算力水平基于超级计算机等高性能计算集群所提供的算力水平8 82.2 需求：未来虚拟场景搭建所需算力必然以指数级提升需求：未来虚拟场景搭建所需算力必然以指数级提升算力需求不断提升是各领域发展的必然结果算力需求不断提升是各领域发展的必然结果资料来源：华为虚幻引擎发布虚幻引擎发布Siren演示短片演示短片资料来源：Unreal官网未来虚拟场景搭
17、建所需算力必然以指数级提升未来虚拟场景搭建所需算力必然以指数级提升。特别是元宇宙场景的搭建，当前算力资源远远不能达到需求，英特尔高级副总裁 RajaKoduri估计“实现元宇宙所需的算力将是现在全部算力的 1000 倍”。我们认为数字场景建设所需算力的提升主要来自以下方面：高并发用户：高并发用户：未来元宇宙将渗透入绝大部分物理世界的活动，而实现高并发下的实时交互仍然是极大的难点。直到2015年，消费级设备上才能运行100名真实玩家参与的游戏，而且对于处理功能较弱的设备无法加载其他玩家的定制装备。多模态体验：多模态体验：VR/AR等新型终端设备比平面场景展示所需算力更高，而未来触觉、嗅觉、脑机接
18、口等新型人机互动形式成熟，将对算力资源提出新的挑战。高渲染精度：高渲染精度：随着对沉浸感和细节的不断追求，对于虚拟场景和人物的渲染精度逐渐提高，需要强大算力的支持。比如2018年虚幻发布的演示短片Siren首次亮相时便产生了轰动，其引入了一套完整的毛发着色器和渲染系统，通过光源多重散射效果和光线追踪阴影，实现了逼真的渲染效果。建模方式：建模方式：当前场景建模以空心外表面多边形模式为主，不符合现实世界的物理规律，未来元宇宙有可能转向体素建模，巨量的粒子对算力提出更高要求。人工智能：人工智能：以无人驾驶为例以无人驾驶为例物联网：物联网：以智慧工厂为例以智慧工厂为例区块链：区块链：以数字货币为例以数
19、字货币为例AR/VR：以以VR游戏为例游戏为例随时速响应：提供低时延且不间断的算力支持无人驾驶级别越高对网络要求越高，L4需带宽100Mbps，时延5-10ms物联网设备精准生产要求连续性算力支撑，带宽1Gbps，时延5-10ms区块链对于带宽和时延要求较低为达到舒适用户体验，带宽需180Mbps，时延20ms随地广覆盖：提供不受地理范围限制的算力支持预计2040年，所有新车配备自动驾驶功能，算力需求遍布全球覆盖家庭、工厂、电网等多种环境赋能包括金融、政务、零售、支付、物流等多种场景应用于游戏、工作室、智慧商场等多种场所随需大量级：提供能满足波峰与波谷的算力需求预计2030年较2018年算力需
20、求增长约390倍，需要满足出行高峰算力需求预计2030较2018年算力需求增长约110倍，2025年全球IoT设备量达到215亿个预计2030年较2018年算力需求增长约2000倍预计2030年较2018年算力需求增长约300倍随形载体丰富：能够转载在随形的载体上无人驾驶汽车边缘计算设备云计算中心IoT设备边缘计算设备云计算中心云计算中心终端设备，如采用ASICS或FPGA架构矿机AR/VR设备手机电脑/设备云计算中心9 92.3 现状：我国算力规模约占全球现状：我国算力规模约占全球31%我国算力行业分布我国算力行业分布资料来源：中国信息通信研究院，中信证券研究部2020年全球算力总规模年全球
21、算力总规模429Eflops，同比增长39%。其中，中国算力规模135Eflops，约占全球的31%，位居世界第二。从行业上看，互联网是需要算力最大的行业，总规模占全国算力的47%，其次是政府和服务行业，分别占比14%和9%。我国算力规模发展我国算力规模发展资料来源：中国信息通信研究院2019-2025年全球算力总规模情况年全球算力总规模情况全球算力规模分布全球算力规模分布资料来源：中国信息通信研究院，中信证券研究部资料来源：中国信息通信研究院（含预测），中信证券研究部3094293500004000201920202025E算力总规模（Eflops）中国, 31%美国,
22、 36%欧洲, 11%日本, 6%其他, 16%47%14%9%8%6%5%4%7%互联网政府服务电信金融教育制造其他10102.4 发展驱动力：技术和投入推动算力规模提高发展驱动力：技术和投入推动算力规模提高算力革命：基于软硬件融合的超异构计算算力革命：基于软硬件融合的超异构计算资料来源：软硬件融合微信公众号芯片集成度不断提高芯片集成度不断提高。摩尔定律表明，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔两年便会增加一倍。根据中国产业信息网的消息，2021年IBM宣布研制了2nm芯片，在每平方毫米芯片上集成3.33亿个晶体管。与之相比，目前台积电的5nm芯片制程约有1.71亿个晶体管，三星5nm制程每
23、平方毫米约有1.27亿个晶体管，对比之下2nm芯片的计算速度接近翻倍。计算中心规模加大计算中心规模加大。目前算力已经成为各国竞争的新焦点，我国也将智能计算中心建设提到战略高度。2021年5月，国家发改委等四部门联合发布全国一体化大数据中心协同创新体系算力枢纽实施方案，启动实施“东数西算”工程，构建国家算力网络体系。基于软硬件融合的超异构计算或引领第四代算力革命基于软硬件融合的超异构计算或引领第四代算力革命。随着5G、AI等新技术不断发展，计算场景复杂多样，对于算力需求、成本、灵活性、资源效率等方面要求也大大提高。在这个过程中，英特尔提出了“超异构”的概念，异构计算框架将不同的计算单元（如CPU
24、、GPU）封装在同一芯片，利用不同架构处理不同的需求，异构计算加上强大的封装能力和软件能力，组成“超异构”，成为未来提高整体算力的一大方向。半导体晶体管数量趋势半导体晶体管数量趋势资料来源：IC Insights11112.4 发展驱动力：技术和投入推动算力规模提高发展驱动力：技术和投入推动算力规模提高边缘计算与云计算对比边缘计算与云计算对比资料来源：腾讯云，中信证券研究部“网络化网络化”算力补充缺口算力补充缺口，构建云构建云-边边-端三位一体的算力框架端三位一体的算力框架。根据华为泛在算力：智能社会的基石估算，当单核硅基芯片制程达到3nm、多核叠加达到128核后，受到成本和功耗的限制算力将走
25、向极限。在算力需求持续增长的背景下，需要“网络化”实现云-边-端三位一体，来解决供需错配的算力潮汐效应。5G发展是三位一体的算力架构的保障发展是三位一体的算力架构的保障。5G的建设稳步推进，带来了低延时、高带宽和高连接密度的管道，打破了数据中心与边缘、终端之间的界线，促进算力水平提升，以满足社会智能化的提高产生的算力需求。华为泛在算力框架华为泛在算力框架资料来源：华为边缘计算边缘计算云计算云计算架构分布式集中式计算资源位置边缘网络数据中心目标应用物联网或移动应用一般互联网应用通信网络无线局域网，4G/5G等广域网网络延迟低高实时性高低可服务的设备数多少提供的服务类型基于本地信息的服务基于全局信
26、息的服务位置感知支持不支持123. 核心壁垒二：游戏引擎是工具箱核心壁垒二：游戏引擎是工具箱I.I.架构：游戏引擎是搭建数字场景的工具箱架构：游戏引擎是搭建数字场景的工具箱II.II. 发展：伴随主流游戏平台变化不断迭代发展：伴随主流游戏平台变化不断迭代III.III.应用：多场景打造数字化世界应用：多场景打造数字化世界IV.IV. 格局：全球市场呈现格局：全球市场呈现双巨头双巨头格局格局13133.1 架构：游戏引擎是搭建数字场景的工具箱架构：游戏引擎是搭建数字场景的工具箱主要的游戏引擎厂商主要的游戏引擎厂商资料来源：新浪科技游戏引擎是指一些已编写好的可编辑电脑游戏系统或者一些互交式实时图像
27、应用程序的核心组件游戏引擎是指一些已编写好的可编辑电脑游戏系统或者一些互交式实时图像应用程序的核心组件。这套系统为游戏设计者提供所需的各种工具，来快速地做出游戏程序而不用由零开始。游戏引擎的基础架构包括客户端、服务器和自动化部署运营系统，而通常所指的游戏引擎是客户端引擎，比如Unity、Unreal等，包含渲染引擎、物理引擎、碰撞检测系统、音效、脚本引擎、电脑动画、人工智能、网络引擎以及场景管理等功能。游戏引擎核心在于算法积累和优化游戏引擎核心在于算法积累和优化。丰富和先进的算法能够在平台中不断积累、复用和迭代，从而推动游戏、影视等行业的开发效率提升，也是游戏引擎主要的差异化方向。除此之外，各
28、大游戏厂商开发过程中往往存在独特的需求，也会在商业化引擎之外选择自研。游戏引擎是元宇宙时代搭建虚拟数字场景的工具箱游戏引擎是元宇宙时代搭建虚拟数字场景的工具箱。在构建超级数字场景进而打造元宇宙的过程中，需要对现实进行测度并在数字世界重绘、统筹声音画面场景等资源，游戏引擎是最贴近这一能力的工具。Unity游戏引擎开发界面游戏引擎开发界面资料来源：Unity官网1414游戏引擎架构游戏引擎架构3.1 架构：游戏引擎是搭建数字场景的工具箱架构：游戏引擎是搭建数字场景的工具箱资料来源：学堂在线，中信证券研究部场景管理器场景管理器大规模地形渲染快速水体模拟大规模植被模拟其他高级视觉效果动态阴影高级动态光
29、照环境光遮蔽后处理系统粒子系统空间划分遮挡剔除LOD上层包装上层包装高层次的游戏流程系统脚本系统世界载入角色抽象静态世界抽象游戏主循环事件系统人体学接口设备人体学接口设备刚体柔体碰撞检测光线/形状投射物理物理GUICG播放前端前端平面显示器高阶Shader管理阴影光照文本渲染纹理及表面管理骨骼网格渲染骨骼节点动画插值及播放反向动力学音频播放3D音效低阶渲染器低阶渲染器骨骼动画骨骼动画音效音效日志系统调试及控制台内存分配数学库性能分析本地化服务引擎配置反射/序列化单元测试基础模块基础模块IO网络传输层高分辨率时钟线程库图形API包装物理引擎包装平台独立层平台独立层BoostSTLZlib第三方库
30、第三方库操作系统操作系统/ /低阶图形低阶图形APIAPI15153.1 架构：游戏引擎是搭建数字场景的工具箱架构：游戏引擎是搭建数字场景的工具箱世界三大物理引擎世界三大物理引擎物理引擎用计算机程序模拟牛顿力学模型物理引擎用计算机程序模拟牛顿力学模型。物理引擎使用质量、速度、摩擦力和空气阻力等变量，用来模拟和表现不同情况下的物理效果，比如物体碰撞、雨水堆积、建筑破碎等。体素建模更逼近真实世界的构成逻辑体素建模更逼近真实世界的构成逻辑。根据腾讯研究院的划分，数字3D模型分为绘制空心外表面的多边形模式，以及由内而外搭建实体的体素建模。其中体素建模更逼近真实世界的构成逻辑，也方便玩家创造和交互，但是
31、巨量的粒子对实时运算要求高，因此当前条件下，体素建模生成的游戏材质和细节表现不佳，主流游戏制作仍然采用多边形模式。赛博朋克2077，游戏我的世界Havok（Mcrosoft）：拥有业界功能最全面的物理仿真解决方案，可以应用在诸如实时碰撞计算、动力学约束求解、车辆综合解决方案等领域PhysX（NVIDIA）：商用开源引擎，能在Github上下载，但是物理加速功能只能在英伟达显卡上才能体验Bullet（AMD）：完全开源且跨平台的物理引擎三维建模与体素建模三维建模与体素建模PhysX对于爆炸效果的建模过程对于爆炸效果的建模过程3D建模体素建模资料来源：竞核，中信证券研究部资料来源：PhysX161
32、63.1 架构：游戏引擎是搭建数字场景的工具箱架构：游戏引擎是搭建数字场景的工具箱程序化场景搭建大量程序化场景搭建大量减少资源减少资源制作成本制作成本。传统的场景搭建过程存在成本随资源增加快速增长、迭代成本高、大量资源复用等问题，因此节点化特效工具应运而生，通过设定关键节点对场景进行程序化自动渲染，大大减少了场景搭建需要的成本。以软件Houdini为例，设计师通过定义不同的点云（nodes），组成了相关的场景模型，之后将产生的文件通过插件导入Unreal等Unity引擎里进行实际化渲染，可以一次性将全部场景渲染，并且可以直接调整参数进行优化。通过这种方式，在保证渲染质量的前提下，大大提高了场景
33、生成的效率，推动了大世界下游戏场景建模的发展。SideFX 官网Houdini程序化场景搭建工作流程程序化场景搭建工作流程17173.1 架构：游戏引擎是搭建数字场景的工具箱架构：游戏引擎是搭建数字场景的工具箱主流渲染引擎特点主流渲染引擎特点渲染引擎通常采用分层架构组织代码渲染引擎通常采用分层架构组织代码。根据游戏引擎框架（Jason Gregory）的划分，渲染引擎一般被分为低阶渲染器（使用图形SDK进行渲染）、场景图/剔除优化（构建场景图及判断潜在可见集）、视觉效果（包括粒子系统、光照系统、动态阴影等）、前端（开发者、玩家与游戏交互的桥梁）。目前主流的渲染引擎包括目前主流的渲染引擎包括Di
34、rectX、OpenGL、Vulkan、Metal等等。垂直领域引擎更加专注和多样，通常以API的形式内置于主流全栈游戏引擎中，比如Unity的高级渲染功能就内置了DirectX、OpenGL和Metal的模块。资料来源：NVIDIA官网英伟达光线追踪平台（英伟达光线追踪平台（RTX）实时照片级渲染）实时照片级渲染名名称称特特征征DirectX是一组应用程序接口（API），用于在微软平台上处理与多媒体相关的人物，尤其是游戏编程和视频，通常涵盖Direct3D、DirectDraw、DirectMusic、DirectPlay、DirectSound等。OpenGL（开放图形库）是一种跨语言、跨
35、平台的应用程序接口，用于渲染2D和3D矢量图形，通常用于与GPU交互已实现硬件加速渲染。Vulkan是一种低开销、跨平台的API，是3D图形和计算的开放标准，应用于高性能实时3D图形应用程序，提供更高性能和更平和的CPU/GPU使用。Metal是由苹果创建的低级别、低开销硬件加速3D图形和计算着色器API，在iOS 8中首次亮相，为iOS、iPodOS、macOS和tvOS上的应用程序提供对GPU硬件的低级访问来提高性能。代代表表作作毁灭战士赛博朋克2077死亡搁浅使命召唤反恐精英博德之门Dota2底特律变人半衰期：爱莉克斯文明6无主之地3方舟：生存进化资料来源：竞核，中信证券研究部18183
36、.2 发展：伴随主流游戏平台变化不断迭代发展：伴随主流游戏平台变化不断迭代游戏引擎发展历史游戏引擎发展历史游戏引擎发展伴随主流平台变迁游戏引擎发展伴随主流平台变迁。1）90年代之前的主机时代，以任天堂、索尼为代表的主机厂商都是根据主机机型进行定制开发，但是已经有了复用素材的游戏引擎逻辑，减少底层代码的重复开发。2）在PC时代，ID Software推出的Quake I引擎被认为是第一个完全支持多边形模型、动画和粒子特效的真正意义上的3D引擎，随后主流的Unreal、Unity等引擎相继问世。3）移动游戏时代，随着移动设备不断智能化，移动游戏的质量和开发难度不断提高，跨平台部署成为关键战略，Un
37、ity、Unreal4和COCOS2D-X脱颖而出。中国游戏引擎以大厂自研为主中国游戏引擎以大厂自研为主。由于政策限制，中国游戏市场跳过了主机阶段，在端游和移动时代几乎与海外市场同步发展，腾讯、网易、完美世界、西山居、畅游等游戏大厂均有自研游戏引擎，商业引擎包括触控科技Cocos、白鹭科技Egret Eng、蓝亚盒子Layabox等。资料来源：竞核，游戏工委，Unity官网，中信证券研究部200052004201320092014ID Software推出毁灭战士，Id Tech系列引擎诞生，成为第一个用于商业授权的游戏引擎Epic推出Unreal引擎Valve公司半条命
38、游戏中首次使用起源引擎Unity 发 布 了 Unity1.0版本，最初是只面向Mac OS X平台的游戏引擎ID Software公司被ZeniMax 收购，宣布引擎将只提供给ZeniMax的其他公司网易研发3D移动游戏引擎Messiah腾讯与NVIDIA合作研 发 游 戏 引 擎QuickSilverUnity官方宣布全平台（包括Steam、PC、主机、手游等）所有游戏中有一半是Unity创作，新手游中55%是Unity创作主机时代主机时代PC时代时代移动时代移动时代19193.3 应用：多场景打造数字化世界应用：多场景打造数字化世界多场景打造数字化世界多场景打造数字化世界游戏引擎被广泛应
39、用于影视游戏引擎被广泛应用于影视、设计设计、营销营销、XR等相关领域等相关领域。电影领域：电影领域：2016年Unity与迪士尼联合拍摄了3D电影奇幻森林，通过逼真的特效和渲染大获成功；2019年电影狮子王中，Unity利用游戏引擎制作模拟场景，所有人员都通过VR设备进行拍摄。汽车领域：汽车领域：1）设计部门可以将模型构造出来进行测试，不必在真实样车上修改，节省时间和开发资金；2）游戏引擎可以用于算法训练，模拟真实路况中前方车辆刹车、强光照射等等情况；3）在汽车营销过程中，游戏引擎可以渲染出细节丰富的图像，让用户在官网上就能通过任意终端多角度观看汽车的外观和细节。建筑领域：建筑领域：游戏引擎可
40、以直接导入CAD、BIM等软件的建筑模型，迅速生成精美真实的可视化设计方案，并支持直接在数字实景中进行实时修改。资料来源：竞核基于基于Unreal的宝马汽车数字营销解决方案的宝马汽车数字营销解决方案资料来源：Unreal官网20203.4 格局：全球市场呈现格局：全球市场呈现双巨头双巨头格局格局2021年游戏引擎市场份额年游戏引擎市场份额全球市场全球市场呈现呈现Unity和虚幻引擎的双巨头格局和虚幻引擎的双巨头格局。由于游戏引擎开发成本高，且高度依赖于算法的积累，市场呈现逐步集中的态势。Unity把握住移动游戏时代机遇，成为最早的3D游戏引擎解决方案之一，积累了大量的客户，增长强劲。根据竞核研
41、究所的统计，Unity 市场份额高速增长，2021年占比接近50%，其次是Unreal占比9.68%。相比之下，Unity胜在兼容性更强且上手难度更小，因此拥有更高的使用渗透率，而虚幻引擎则胜在性能更加强大，因此更受3A游戏开发者欢迎。，中信证券研究部Unity: 49.48%未知（自研为主）: 19.39%Unreal: 9.68%GameMaker: 4.50%RenPy: 3.33%RPGMaker: 2.68%其他: 10.94%虚幻虚幻5引擎核心技术升级引擎核心技术升级UnityUnreal图像物理渲染，全局光照，安装插件后可进行体积光效，后处理物理渲染，全局光照，体积光效开箱即用，
42、后处理，材质编辑器独特功能 强大的游戏开发功能人工智能, 网络支持目标用户 大部分为独立开发者，程序员AAA游戏工作室，独立开发者，设计师编码C#、Prefab、BoltC+、Blueprints社区Reddit 官方账号中有超过 20 万粉丝Reddit官方账号中有超过10万粉丝性能扩展功能一般，不如 UE支持分布执行Unity与与Unreal对比对比资料来源：竞核，Medium，中信证券研究部资料来源：虚幻引擎官网，中信证券研究部UE5核心技术升级核心技术升级介绍介绍效果效果Nanite虚拟微多边形几何体使用了Quixel的MegaScans素材库，后者提供了具有成百上千万多边形的影视级对
43、象；可以虚拟化几何体，Nanite能极快的渲染数量巨大的三角面，并且能够将很多的三角面无损压缩成很小。能够展示像素级别的细节，这使得几何体中的三角形也常是像素大小的，这个级别的几何体细节也要求阴影能够精确到像素。由数以亿计的多边形组成的影视级美术作品可以被直接导入虚幻引擎，包括来自Zbrush的雕塑和用摄影测量法扫描的CAD数据；Nanite几何体可以被实时流送和缩放，因此无需再考虑多边形数量预算、多边形内存预算或绘制次数预算；不用再将细节烘焙到法线贴图或手动编辑LOD，画面质量不会再有损失。Lumen全动态全局光照解决方案能够对场景和光照变化做出实时反应，且无需专门的光线追踪硬件。能在任何场
44、景中渲染间接镜面反射，也可以无限反弹的漫反射。美术师和设计师们可以使用Lumen创建出更动态的场景，例如改变白天的日照角度，打开手电或在天花板上开个洞，系统会根据情况调整间接光照；为美术师省下大量的时间，大家无需因为在虚幻编辑器中移动了光源再等待光照贴图烘焙完成，也无需再编辑光照贴图UV；光照效果将和在主机上运行游戏时保持完全一致。其他现有的引擎功能Chaos物理与破坏系统；Niagara VFX；卷积混响和环境立体声渲染等214. 核心壁垒三：内容创意是施工图纸核心壁垒三：内容创意是施工图纸I.I.PGCPGC：数字场景建设中：数字场景建设中不可或缺的力量不可或缺的力量II.II. UGCU
45、GC：元宇宙下的去中心化浪潮：元宇宙下的去中心化浪潮III.III.数字场景实现对现实数字场景实现对现实世界文化的创意演绎世界文化的创意演绎IV.IV. 经典经典IPIP赋能数字赋能数字场景建设场景建设22224.1 PGC：数字场景建设中：数字场景建设中不可或缺的力量不可或缺的力量赛博朋克赛博朋克2077的城市景观的城市景观内容创意内容创意是数字场景建设的是数字场景建设的图纸图纸。在工具和基础设施之外，搭建怎样的数字场景、设计怎样的交互能力也是未来发展的核心之一，相当于施工队的图纸。我们认为PGC和UGC都将贡献大量内容创意，特别是元宇宙建设中UGC的重要性不断提升，实现数字场景的多元化发展
46、，同时创作者可以从现实世界文化以及经典IP中汲取灵感，创造出异彩纷呈的虚拟空间。PGC仍然仍然是数字场景建设不可或缺是数字场景建设不可或缺的力量的力量。当前数字场景建设仍然有较高门槛，需要大量设计和建模专业知识、资金技术投入等，因此更多是由专业创作者和游戏、影视、工业建筑等领域厂商参与，从而制作高质量数字场景。因此，我们认为在数字场景建设浪潮有望推动游戏、影视、展览等涉及数字视觉技术领域的公司发展。资料来源：Gamecores虚拟场景搭建流程虚拟场景搭建流程资料来源：知乎用户思源23234.2 UGC：元宇宙下的去中心化浪潮：元宇宙下的去中心化浪潮创作者使用创作者使用Roblox Studio
47、设计的建筑设计的建筑元宇宙时代开放的数字场景创作元宇宙时代开放的数字场景创作。元宇宙的特点之一是去中心化，整个虚拟空间由每个个体共同创造和运维，而不以某一个个人或组织的利益为中心。Meta首席执行官扎克伯格的演讲中也表示：“元宇宙不会由一家公司创建，它将由创造者和开发者构建，创造可互操作的新体验和数字项目，并开启比当今平台及其政策所限制的更大的创意经济。”在这个特点下，开源开放将是元宇宙的重要趋势，不同用户都可以通过封装和模块化后的代码进行创作以拓展元宇宙的边界，实现其创意和创新。当前类元宇宙的游戏Roblox和Minecraft上已经出现了大量玩家自主设计和开发的五花八门的场景作品，为整个生
48、态带来新的活力。资料来源：Roblox Developer HubBilibili我的世界场景搭建教程我的世界场景搭建教程资料来源：Bilibili24244.3 数字场景实现对现实数字场景实现对现实世界文化的创意演绎世界文化的创意演绎故宫博物院数字化全景游览故宫博物院数字化全景游览虚拟场景建设可以实现对现实虚拟场景建设可以实现对现实世界文化的创意演绎世界文化的创意演绎。数字场景的一个方向是对现实的精确还原，比如工业生产和城市治理领域的数字孪生，这个对于内容创意的要求不高，而需要高精度的数据和传感器进行动态建模，力求还原出物理世界的状态和变化。另一个方向是在现实世界已有的对象和文化基础上，充分
49、汲取灵感，进行数字化的创造性重述。比如在文娱领域，故宫博物院推出了全景故宫，可以让用户足不出户从各个角度游览故宫，配以相关解说，提供全新的游览和宣传方式；游戏刺客信条2则是还原意大利佛罗伦萨富有艺术气息的建筑，带来更加沉浸和富有历史感的游戏体验。资料来源：故宫博物院游戏游戏刺客信条刺客信条2精准还原意大利佛罗伦萨风貌精准还原意大利佛罗伦萨风貌资料来源：Sunday Tours，Art As Game，游民星空25254.4 经典经典IP赋能数字赋能数字场景建设场景建设哈利波特哈利波特手游再现对角巷场景手游再现对角巷场景经典经典IP赋能数字场景赋能数字场景。一方面，经典IP可以为数字场景建设提供
50、创意来源，使得设计更富有内涵和个性；另一方面，IP的价值也可以充分叠加至数字场景的应用之中，吸引更多受众达成目标。比如游戏哈利波特：魔法觉醒中对于原著和电影中的古典、神秘的巫师世界场景进行再现，给原有IP附加了新的呈现形式，吸引了一大批粉丝下载，成为爆款游戏。未来随着数字场景应用的逐渐丰富和元宇宙的建设，更多的经典IP将会以各种形式在虚拟空间中重新呈现，打开优质IP资源的商业变现新空间。资料来源：艾瑞咨询围绕围绕IP的产品运营体系的产品运营体系资料来源：哈利波特：魔法觉醒官网265.创新应用：关注技术和内容生产方式变革创新应用：关注技术和内容生产方式变革I.I.从开放世界、沙盒和模拟到元从开放
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