现代 AAA 游戏使用的渲染技术简表

作者：Oleg Sidorkin，Cinevva CTO 兼联合创始人

如果你打开一款 2026 年 AAA 游戏的渲染管线，里面大部分东西都能追溯到一组在各家工作室之间共用的技术。引擎之间名字不一样，思路是一样的。下面是一份简表，列出屏幕上真正在干活的技术，每一项配一张图和几份深入的技术参考。

1. 基于物理的渲染（PBR）

材质用 albedo、roughness、metallic、normal 和 ambient occlusion 贴图描述，由能量守恒的着色器（Cook-Torrance specular，Lambertian 或 Disney diffuse）打光。这是每个现代 AAA 引擎都默认的基线。一张表面在阳光、台灯和手电筒下看起来一致，靠的就是 PBR。

延伸阅读：

• Burley，Physically-Based Shading at Disney（最早的 "Disney BRDF" 课程笔记，SIGGRAPH 2012）。
• Karis，Real Shading in Unreal Engine 4（SIGGRAPH 2013，UE4 PBR 的经典演讲）。
• Lagarde 和 de Rousiers，Moving Frostbite to Physically Based Rendering 3.0（SIGGRAPH 2014，完整的 Frostbite 管线）。
• Real-Time Rendering, 4th edition, chapter 9（教科书级别的参考）。

2. 延迟着色与可见性缓冲着色

几何阶段先把属性（法线、材质 ID、深度）写入 G-buffer 或 visibility buffer。光照作为全屏 pass 读取这些缓冲，并对每个像素只着色一次。Visibility buffer（Nanite 等使用的方式）更进一步，只存三角形 ID，把材质参数推迟到后面再按像素解算，这样在密集几何上 overdraw 仍然便宜。

延伸阅读：

• Engel，Deferred Shading（NVIDIA，奠基性演讲）。
• Burns 和 Hunt，The Visibility Buffer: A Cache-Friendly Approach to Deferred Shading（JCGT 2013，最早的 visibility buffer 论文）。
• Wihlidal，"Optimizing the Graphics Pipeline with Compute"（GDC 2016，Frostbite 基于 compute 的 deferred 路径）。
• Karis、Stubbe、Wihlidal，A Deep Dive into Nanite Virtualized Geometry（SIGGRAPH 2021，详细讲了 Nanite 的 visibility buffer）。

3. 虚拟化几何（Nanite 风格）

mesh 被预先构建为一棵簇层级。运行时 GPU 按每个像素匹配的分辨率流式拉取并选择簇，所以你能拿到亚像素精度的细节，而不用手动做 LOD。Unreal 的 Nanite 是最显眼的例子。其它引擎现在也都在出自己的变体。实际效果是不用做 LOD 也能实时跑电影级素材。

延伸阅读：

• Karis、Stubbe、Wihlidal，A Deep Dive into Nanite Virtualized Geometry（SIGGRAPH 2021）。
• Brian Karis，Nanite GDC 2021 talk（一个比较易懂的视频版本）。
• Liktor，Geometry Rendering Pipeline Architecture at Activision（基于簇的渲染，2021）。
• Schied 等，Spatiotemporal Variance-Guided Filtering（相关的簇剔除技术）。

4. 用于阴影、反射和 AO 的实时光线追踪

硬件光追（DXR、Vulkan RT）针对每帧构建的 BVH 投射阴影射线、镜面与光泽反射射线，以及 AO 射线。每像素哪怕只有几根射线，效果也好过屏幕空间技术能做到的，尤其是离屏反射和接触阴影。多数游戏只在关键位置用，不会到处都用。

延伸阅读：

• Microsoft，DirectX Raytracing (DXR) Functional Spec（API 参考）。
• Wyman，Introduction to DirectX Raytracing（SIGGRAPH 课程笔记，很易读）。
• Boksansky 和 Marrs，Ray Tracing Gems II, chapters 17-19（免费 PDF，现代 DXR 技术）。
• Stachowiak，Stochastic Screen-Space Reflections（Frostbite，从 SSR 通往 RT 的过渡）。

5. 软件光追（Lumen 风格）

不是每个玩家都有 RTX 显卡，所以引擎也会出 distance field 或 surface cache 的后备方案。比如 Unreal 的 Lumen 会对 signed distance field 和 surface cache 做追踪以得到便宜的 diffuse GI，只在必要时升级到硬件射线。AAA 游戏能在主机上跑出 "光追观感" 就是靠这个。

延伸阅读：

• Wright 等，Lumen: Real-Time Global Illumination in Unreal Engine 5（SIGGRAPH 2022，Lumen 论文）。
• Epic Games，Lumen Technical Details（官方引擎文档）。
• Wright，Radiance Caching for Real-Time Global Illumination（SIGGRAPH 2021）。
• Wright，Lumen GDC 2022 talk（视频版本）。

6. ReSTIR 与水库采样

对于成千上万个光源的直接和间接照明，ReSTIR（Reservoir Spatio-Temporal Importance Resampling）会在像素和帧之间复用光样本。这是 Cyberpunk 2077 路径追踪等游戏能在每像素一两根射线下把噪声压低的方法。随着路径追踪变成高端目标，你会在越来越多引擎里看到它。

延伸阅读：

• Bitterli 等，Spatiotemporal Reservoir Resampling for Real-Time Ray Tracing with Dynamic Direct Lighting（SIGGRAPH 2020，原始 ReSTIR 论文）。
• Ouyang 等，ReSTIR GI: Path Resampling for Real-Time Path Tracing（HPG 2021，间接光的 ReSTIR）。
• Lin 等，Generalized Resampled Importance Sampling（SIGGRAPH 2022，数学基础）。
• NVIDIA，Cyberpunk 2077 Path Tracing Tech Deep Dive（工程博客）。

7. 体积云、雾和大气

天空对 3D 噪声和密度体积做 ray march。大气用预计算散射表（Bruneton 风格）处理日月的过渡。雾是一个 froxel 网格（可以想成一张对齐视锥的 3D 纹理），用来捕捉局部光照。三者合起来给你的是 "作为一套系统的天气"，不是一张 skybox。

延伸阅读：

• Schneider，The Real-Time Volumetric Cloudscapes of Horizon Zero Dawn（SIGGRAPH 2015，云的经典参考）。
• Hillaire，A Scalable and Production Ready Sky and Atmosphere Rendering Technique（EGSR 2020，UE5 用的现代 Bruneton 继任者）。
• Wronski，Volumetric Fog: Unified Compute Shader Based Solution to Atmospheric Scattering（SIGGRAPH 2014，刺客信条 4 的 froxel 雾）。
• Hillaire，Physically Based and Unified Volumetric Rendering in Frostbite（SIGGRAPH 2015）。

8. 级联阴影贴图与虚拟阴影贴图

对于太阳阴影，级联阴影贴图把视锥分成若干段，分别以合适的分辨率渲染。虚拟阴影贴图更进一步：一张超大的阴影贴图被切成页，只有相机能看到的页才被渲染。AAA 游戏能在玩家附近保持清晰阴影、又不被显存账单压死，就是靠它。

延伸阅读：

• Dimitrov，Cascaded Shadow Maps（NVIDIA 白皮书，标准参考）。
• Microsoft，Common Techniques to Improve Shadow Depth Maps（DirectX 文档）。
• Wright，Virtual Shadow Maps in Fortnite Battle Royale Chapter 4（SIGGRAPH 2023，UE5 VSM 演讲）。
• Epic Games，Virtual Shadow Maps documentation。

9. 屏幕空间效果（SSAO、SSR、SSGI、SSSSS）

便宜地读取深度和法线缓冲，你就能拿到环境光遮蔽（SSAO）、反射（SSR）、一次反弹的 GI（SSGI）和皮肤的次表面散射（SSSSS）。它们漏掉屏幕外的细节，这也是为什么光追在接管它们，但它们作为快速基线仍然到处都是。

延伸阅读：

• Mittring，Finding Next Gen: CryENGINE 2（SIGGRAPH 2007，最早的 SSAO 论文）。
• McGuire 等，Scalable Ambient Obscurance（HPG 2012，现代 SSAO）。
• Stachowiak 和 Uludag，Stochastic Screen-Space Reflections（Frostbite，SSR 的参考）。
• Jimenez，Separable Subsurface Scattering（多数 AAA 引擎里皮肤用的技术）。
• Mara 等，Deep Screen Space（Activision，SSGI 的一条脉络）。

10. 时域抗锯齿与 ML 超分（DLSS、FSR、XeSS）

帧以更低的内部分辨率渲染，再用运动向量、深度和历史信息重建。基于 ML 的超分器（DLSS 3/4、FSR 3、XeSS）在此之上加帧生成，用光流插值中间帧。多数 AAA 大作现在出货时都默认超分是开启的，这会改变你给一帧里其它部分编预算的方式。

延伸阅读：

• Karis，High Quality Temporal Supersampling（SIGGRAPH 2014，TAA 的经典演讲）。
• Salvi，An Excursion in Temporal Supersampling（NVIDIA，通向 DLSS 的路上）。
• Edelsten，Truly Next-Gen: Adding Deep Learning to Games and Graphics（GDC 2019，DLSS 架构）。
• AMD，FidelityFX Super Resolution 3 technical details；Intel，XeSS technical paper。

11. GPU 驱动的渲染与 mesh shader

剔除、LOD 选择、绘制提交全都跑在 GPU 上。Mesh shader 用一个更灵活的 compute 风格阶段替换 vertex/geometry/tessellation 管线，输出 meshlet。配合 multi-draw indirect，可以把 CPU 完全踢出每对象的热路径。

延伸阅读：

• Haar 和 Aaltonen，GPU-Driven Rendering Pipelines（SIGGRAPH 2015，奠基性的刺客信条：大革命演讲）。
• Wihlidal，Optimizing the Graphics Pipeline with Compute（GDC 2016，Frostbite 的 GPU 驱动剔除）。
• Kubisch，Introduction to Turing Mesh Shaders（NVIDIA，mesh shader 入门）。
• Pesce，A Whirlwind Tour of Mesh Shaders（以及 Adrian Courrèges 的 RenderDoc 拆解 上收录的类似工程博客）。

12. 头发、布料和皮肤渲染

头发用 Marschner 风格的各向异性着色加 strand-based 几何（NVIDIA HairWorks、AMD TressFX，或者引擎自带的系统）。布料在 GPU 上用 position-based dynamics 仿真，渲染时用各向异性高光。皮肤用屏幕空间次表面散射加预积分的 wrap lighting。AAA 和独立之间的预算差距，常常就显露在这三样上。

延伸阅读：

• Marschner 等，Light Scattering from Human Hair Fibers（SIGGRAPH 2003，奠基性的头发模型）。
• Chiang 等，A Practical and Controllable Hair and Fur Model for Production Path Tracing（Disney 2016，被实时近似广泛采用）。
• Müller 等，Position Based Dynamics（布料仿真的标准参考）。
• Jimenez 等，Separable Subsurface Scattering 与 Real-Time Realistic Skin Translucency。

13. Decals、虚拟纹理与材质分层

表面变化来自分层的 decals（弹孔、污渍、血迹、油泥）投影到深度缓冲上，再加上按需流式拉取高分辨率细节的虚拟纹理。材质分层在每像素上用 mask 和三平面投影混合多套 PBR 参数，所以一块石头能看起来像五块石头。

延伸阅读：

• Pranckevičius，Deferred Decals 以及后续（Aras 的经典博客系列）。
• Mittring，The Technology Behind the "Unreal Engine 4 Elemental Demo"（SIGGRAPH 2012，包含虚拟纹理细节）。
• van Waveren，id Tech 5 Challenges: From Texture Virtualization to Massive Parallelization（SIGGRAPH 2009，MegaTexture 演讲）。
• Williams，Material Layering in The Order: 1886（GDC 2014，分层 PBR 材质）。

14. 顺序无关透明（OIT）

头发、植被、粒子和玻璃没法干净地排序。AAA 引擎用 weighted blended OIT、depth peeling 或 per-pixel linked list 这类技术不靠 CPU 排序就把它们渲染正确。在植被密集的场景里，这是一帧里悄悄最贵的环节之一。

延伸阅读：

• McGuire 和 Bavoil，Weighted Blended Order-Independent Transparency（JCGT 2013，WBOIT 论文）。
• Bavoil 和 Myers，Order Independent Transparency with Dual Depth Peeling（NVIDIA 白皮书）。
• Yang 等，Real-Time Concurrent Linked List Construction on the GPU（per-pixel linked list 的参考）。
• Wyman，Exploring and Expanding the Continuum of OIT Algorithms（HPG 2016，对比综述）。

15. 神经辐射缓存与 ML 降噪器

最新的一层。NVIDIA 的 neural radiance cache 按场景学习间接光，然后查询它，而不是再多打几根射线。ML 降噪器（OptiX、Intel Open Image Denoise，以及各家自研）会在毫秒级别清理稀疏的光追信号。这一类接下来两年会增长很快。

延伸阅读：

• Müller 等，Real-Time Neural Radiance Caching for Path Tracing（SIGGRAPH 2021，NRC 论文）。
• Schied 等，Spatiotemporal Variance-Guided Filtering: Real-Time Reconstruction for Path-Traced Global Illumination（HPG 2017，SVGF）。
• Chaitanya 等，Interactive Reconstruction of Monte Carlo Image Sequences using a Recurrent Denoising Autoencoder（SIGGRAPH 2017，第一个循环式 ML 降噪器）。
• Intel，Open Image Denoise documentation（开源的生产级降噪器）。

这对浏览器意味着什么

我们已经把上面几项技术用 WebGPU 落地到了我们的 浏览器端开放世界引擎 里。级联阴影贴图、GPU 驱动的实例化、三平面 PBR、屏幕空间雾，以及基于 clipmap 的虚拟化地形，都能在一个标签页里跑到 120 FPS。其余的（硬件光追、mesh shader、ML 超分）会随着 WebGPU 规范跟上而来到 Web。想更深入，看我们关于 浏览器开放世界技术 和 地形生成 的指南。

跨整套技术栈的进一步阅读

如果只读一本书，Real-Time Rendering, 4th edition 是覆盖以上多数话题的标准参考。要追在研的内容，SIGGRAPH 的 "Advances in Real-Time Rendering in Games" 课程档案（advances.realtimerendering.com）从 2006 年起就有 AAA 引擎深入剖析的免费 PDF。要看特定游戏怎么渲染一帧的生产级拆解，Adrian Courrèges 的 GPU 剖析文章 是必读。