实时云渲染技术与产业发展研究报告（2023年)

实时云渲染技术与产业发展研究报告 （2023年） 中国信息通信研究院泰尔终端实验室电信终端产业协会云协同创新工作委员会 2023年12月 版权声明 本报告版权属于中国信息通信研究院、电信终端产 业协会，并受法律保护。转载、摘编或利用其它方式使用本报告文字或者观点的，应注明“来源：中国信息通信研究院、电信终端产业协会”。违反上述声明者，编者将追究其相关法律责任。 前言 当前，国际形势错综复杂，百年变局加速演进，全球主要经济体争先抢占新一轮科技发展增长制高点。在信息技术快速迭代及新兴应用市场需求演变升级的双轮驱动下，全球数字化建设加速推进，虚拟化、沉浸感、强交互等新方向成为行业发展焦点，实时云渲染作为以云计算为基础的新型渲染方式应运而生、蓬勃发展。实时云渲染能够提高数字内容创作效率，提升数字内容呈现质量，推动数字产业完善升级，促进数实融合深度发展，全面赋能数字产业转型，将持续为数字中国建设和数字经济发展提供多方面助力。 本报告从数字化建设、顶层战略规划、新兴信息技术变革、应用场景融合拓展等四个层面分析了实时云渲染产业发展的背景，提出实时云渲染的概念及定义。首次明确了实时云渲染“四纵一体”的技术体系结构，并对低时延高带宽网络、高性能存储、分布式渲染等多项关键技术进行了重点剖析。通过行业头部企业调研、数据分析和案例梳理，并结合相关领域专家学者建议，对实时云渲染产业发展现状和未来发展趋势进行了深入研究和分析预测，希望通过本报告可以帮助实时云渲染行业相关参与者深度了解和认识整个行业的发展脉络，共同推进行业的长足发展。 目录 一、发展背景1 （一）数字化建设驱动实时云渲染产业应运而生1 （二）顶层战略规划为实时云渲染发展提供政策引领2 （三）新兴信息技术变革升级为实时云渲染发展夯实产业根基3 （四）应用场景融合拓展助推实时云渲染产业规模化升级6 二、概念及内涵7 （一）需求牵引和技术演进双轮驱动，计算机渲染跨入实时云渲染时代7 （二）实时云渲染：以云计算为基础的新型渲染方式11 三、关键技术剖析17 （一）技术体系：呈现“四纵一体”结构特征18 （二）低时延高带宽网络：构筑网络基础设施底座19 （三）云存储：满足海量多类型数据存储和管理需求20 （四）边缘计算：丰富实时性、强交互性应用场景22 （五）虚拟化：提高资源利用率和系统灵活性23 （六）异构算力池化：实现计算资源按需分配和灵活扩展26 （七）实时数据传输：全方位提升用户使用体验27 （八）音视频编解码：保障高质量音视频网络传输29 （九）分布式渲染：助力渲染效果量质齐升34 四、产业生态及市场前景37 （一）产业形态逐步明晰，链条合作协同升级37 （二）产业市场初见规模，应用领域多向开拓39 （三）综合能力象限评估，多家主体崭露头角41 五、发展趋势45 （一）云渲染服务从谋求单点技术的“极致”，向多元化、专业化、场景化综合生态发展45 （二）元宇宙、数字孪生、AIGC等前沿应用为实时云渲染产业发展提供强大 驱动力48 （三）人工智能技术推动实时云渲染更加智能化、自动化、高效化50 六、行业应用与典型案例53 （一）教育行业53 （二）工业行业54 （三）医疗行业56 （四）文旅行业59 （五）金融行业63 （六）游戏行业65 （七）影视行业75 图目录 图1计算机渲染发展历程7 图2实时云渲染运行过程12 图3实时云渲染技术体系（2023）18 图4边缘计算结构图22 图5边缘计算应用场景对网络延迟要求23 图6实时云渲染产业全景架构图（2023）37 图7全球实时云渲染产业规模及增长预测39 图8实时云渲染领导力象限图（IaaS层）43 图9实时云渲染领导力象限图（PaaS层）44 图10实时云渲染领导力象限图（应用层）45 图11国开在线官方网站展示庭宇木鹰云教育54 图12火山引擎VR医疗教育培训技术方案框架图57 图13数字人工具平台架构图60 图14元境解决方案63 图15蔚领云游戏服务平台67 图16元境解决方案69 图17分布式实时云渲染流程71 图18车载云游戏方案72 图19达龙云解决方案74 图20星际广场画面76 表目录 表1不同分布式渲染对比表35 表2实时云渲染领导力象限评估指标体系42 一、发展背景 （一）数字化建设驱动实时云渲染产业应运而生 当前，国际形势错综复杂，百年变局加速演进，全球主要经济体争先抢占新一轮科技发展增长制高点。数字经济作为继农业经济、工业经济之后的主要经济形态，以数据资源为关键要素，以现代信息网络为主要载体，以信息通信技术融合应用、全要素数字化转型为主要推动力，在加快经济社会转型的变革中发挥了关键作用，并逐步上升为各国重要战略指引。党和国家高度重视数字经济发展，党的十八大以来，以习近平同志为核心的党中央高度重视发展数字经济，不断加强顶层战略布局规划，持续完善数字化建设协调机制，在习近平新时代中国特色社会主义思想特别是习近平总书记关于网络强国的重要思想的指导下，我国数字经济顶层战略规划体系渐趋完备。2023年2月，中共中央、国务院印发《数字中国建设整体布局规划》，《规划》明确，全面提升数字中国建设的整体性、系统性、协同性，促进数字经济和实体经济深度融合，以数字化驱动生产生活和治理方式变革，为以中国式现代化全面推进中华民族伟大复兴注入强大动力。数字经济已经成为推动中国经济增长、加快数字化建设的主引擎，引领传统产业转型升级，助力消费需求加速释放，促进经济形态重构变革。 在数字化转型的驱动下，数实融合深入推进，人类消费需求不断升级加深，实时云渲染产业应运而生。当前，虚拟化、沉浸感、强交互等新方向成为行业发展焦点，元宇宙、数字娱乐、数字文旅、 数字孪生等实时性交互应用进入发展窗口期，数字化建设驱动实时云渲染产业蓬勃向上，催化实时云渲染技术快速发展。实时云渲染能够充分发挥云端海量计算资源及高速网络传输的优势，提高数字内容创作效率，降低数字内容创作成本，提升数字内容呈现质量，升级用户使用体验，推动数字产业完善升级，已经成为数字化时代推进中国式现代化的重要引擎，并持续为数字中国建设和数字经济发展提供多方面助力。 （二）顶层战略规划为实时云渲染发展提供政策引领 国家和各地区相继出台系列政策推动数字化建设，为实时云渲染产业提供了强有力的政策支撑及广阔的发展环境。2022年4月，国务院发布《关于进一步释放消费潜力促进消费持续恢复的意见》，提出推进“第五代移动通信（5G）、物联网、云计算、人工智能、区块链、大数据等领域标准研制，加快超高清视频、互动视频、沉浸式视频、云游戏、虚拟现实、增强现实、可穿戴等技术标准预研，加强与相关应用标准的衔接配套”。2022年10月，工业和信息化部、教育部、文旅部、国家广播电视总局、国家体育总局联合发布《虚拟现实与行业应用融合发展行动计划（2022-2026年）》，明确将“渲染处理”作为关键技术融合创新工程重点推进，提出“重点推进渲染优化技术，研发混合云渲染、基于眼球追踪的注视点渲染、人工智能渲染等新兴技术，推动虚拟现实渲染处理向软硬耦合、质量效率兼顾的精细化方向发展”以及“开发三维场景编辑器、高性能拼接缝合、高精度云端实时渲染处理、虚拟现实视频融合制播、沉浸 式音频编辑制作等关键内容生产软件”。2023年9月，工业和信息化部办公厅、教育部办公厅、文化和旅游部办公厅、国务院国资委办公厅、广电总局办公厅联合印发《元宇宙产业创新发展三年行动计划（2023—2025年）》，《行动计划》提出，“强化人工智能、区块链、云计算、虚拟现实等新一代信息技术在元宇宙中的集成突破”、“打造适用元宇宙的智能内容生产工具，实现多人实时协同、端边云一体渲染的内容生产”。在元宇宙中，用户将实时访问大量的虚拟数据、场景和模型等，并进行实时的交互和操作，海量的图形渲染将会带来超大量数据的吞吐和计算，需要以强大的算力和实时云渲染技术为能力支撑。数字中国、虚拟现实、元宇宙等相关产业政策的发布进一步提升了新一代信息技术发展的高度，促进实时云渲染技术的创新与升级，为实时云渲染产业的生态发展、试点应用、标准构建等提供要素保障及政策引导。 （三）新兴信息技术变革升级为实时云渲染发展夯实 产业根基 云计算、人工智能、新型通信网络等为代表的新一代信息技术蓬勃发展，不断催生新行业、新应用、新模式、新生态。新兴技术已全面融入人类政治文化、社会生活、生态文明建设的各领域及全过程，成为促进消费、拉动投资、扩大市场、提升国家综合实力的重要抓手。新兴技术在人类需求以及科技创新的驱动下不断变革升级，进一步夯实以数字化技术为核心的产业发展根基。 云计算技术加速演进，算力服务构建全新算力范式，为实时云 渲染产业发展提供算力保障。在算力服务方面，云计算突破了单台计算机算力的瓶颈，带动算力由量变产生质变，以GPU为代表的新一代计算芯片正按照摩尔定律的发展规律周期性地提升着单点计算能力，推动算力服务模式创新升级，算力的发展逐渐呈现出多技术融合、多架构共存、多领域协同、多行业渗透、多元化发展的生态特征。算力服务在赋能传统行业的同时加速新兴产业算力化的进程，云网边端融合协同，形成全新算力经济范式。在云计算规模方面，Gartner数据显示，2022年，全球云计算市场规模为4,910亿美元，增速19%，预计到2026年将突破万亿美元。在大模型、新场景算力需求的刺激下，云计算市场仍将保持快速的增长。实时云渲染是以云计算为基础的新型渲染方式，云计算市场的稳定发展能够为实时云渲染产业的发展提供关键的技术支撑及良好的市场环境。同时，随着市场业务发展及网络性能的不断提升，全球云计算中心算力逐渐向边缘下沉，将密集型和实时性任务迁移至附近的网络边缘，能够快速响应用户请求并提升服务质量，提高了万物互联时代大规模数据的处理效率，进一步保障了实时云渲染对实时性的高性能要求。 5G+F5G双千兆网络协同发展，万兆网络融合创新，构筑实时云渲染基础设施网络支撑。以5G和F5G为代表的“双千兆”网络，能够实现超大带宽、超低时延、超高速率的网络传输，是新型基础设施的重要组成和承载底座。实时云渲染过程需要进行大量的数据传输和处理计算，低时延、高带宽网络是保障云端渲染服务器到本地用户终端设备间实时数据传输的基本条件。工业和信息化部已印 发的《“双千兆”网络协同发展行动计划（2021-2023年）》提出，用三年时间，基本建成全面覆盖城市地区和有条件乡镇的“双千兆”网络基础设施，实现固定和移动网络普遍具备“千兆到户”能力。截至2023年6月底，我国5G基站累计已达到293.7万个，覆盖所有地级市城区、县城城区，覆盖广度深度持续拓展。此外，我国千兆光网城市建设深度推进，万兆光网开启深入研究，通信网络全面提速扩容，全光联接已成为未来数字时代的基础。云边一体、算网一体、多元化、高质量的新型算力全面支撑数字化建设，为实时云渲染超高内容拟真度、实时交互自由度提供算力保障，构筑实时云渲染基础设施网络支撑。 人工智能发展迈入全新阶段，拓宽实时云渲染上层应用生态边界。人工智能技术快速发展，机器学习算法取得重大突破，生成式人工智能技术大幅提升模型制作效率，人工智能生成内容（AIGC）重塑数字内容生产方式和消费模式。内容生产方式的变革颠覆了创作信息处理、加工、结构化的全过程，在办公、影视、娱乐、电商等数字化程度高、内容需求丰富的行业取得重大进展。人工智能算法与渲染技术的深度融合改变了应用内容的渲染效能及渲染质量，进一步拓宽实时云渲染上层应用生态边界。在渲染画面质量方面，英伟达发布的新一代系列显卡中，推出了包含深度学习超采样 （DLSS）功能的驱动程序，通过降低渲染图像分辨率然后采用人工智能算法填充像素的方式，大幅提升渲染画面精细度，随着DLSS技术的演进，画面的分辨率和帧率性能不断提升。在图像预处理方 面，采用深度学习降噪处理方式预先对图像进行降噪处理，能够获得更优的峰值信噪比与结构相似性，减少高保真图像的渲染时间，提升图像最终的渲染质量。 （四）应用场景融合拓展助推实时云渲染产业规模化 升级 实时云