傳媒互聯網行業前沿科技專題系列報告：數字場景建設元宇宙的“基建施工”-220118（45頁）.pdf

1、2022年年1月月18日日傳媒互聯網行業前沿科技專題系列報告傳媒互聯網行業前沿科技專題系列報告數字數字場景建設：場景建設：元宇宙的元宇宙的“基建施工”“基建施工”1 1核心觀點核心觀點數字場景建設可以類比為在元宇宙中的數字場景建設可以類比為在元宇宙中的“基建施工基建施工”，數字經濟和元宇宙浪潮下數字數字經濟和元宇宙浪潮下數字場景建設未來有望場景建設未來有望迎來發展機遇迎來發展機遇。數實融合的數字場景是元宇宙的具象空間和內容承載，因此數字場景建設構建起元宇宙的基礎空間和設施。數字場景已經在游戲、影視、工業建筑、設計等領域廣泛應用，隨著軟硬件逐步完善、數字孿生和全真互聯網的發展、國家對數字經濟建設

2、的鼓勵和扶持、VR/AR等新型終端設備的普及，對于數字場景建設的需求將會不斷提高。長期看，數字場景將成為元宇宙時代的基礎設施，在全面數實融合的過程中拓展出廣闊的發展空間。算力算力、游戲引擎和數字創意游戲引擎和數字創意是數字場景建設的是數字場景建設的三三大要素：大要素：1）算力是數字經濟時代的新生產力算力是數字經濟時代的新生產力。高并發用戶、多模態體驗、高渲染精度、建模方式變化等的驅動下，未來虛擬場景搭建所需算力必然以指數級提升。2）游戲引擎游戲引擎是數字場景建設的是數字場景建設的工具箱工具箱。豐富的建模、渲染、算法能力、工具和數據能夠在平臺中不斷積累、復用和迭代，從而推動各個領域數字場景建設的

3、開發效率提升。3）內容創意內容創意是數字場景建設的是數字場景建設的圖紙圖紙。PGC和UGC都將貢獻大量數字內容創意，其中PGC專業創作者將是數字場景建設不可或缺的力量，同時UGC在元宇宙的建設中的重要性也在不斷提升，實現數字場景的多元化發展；同時創作者可以從現實世界文化以及經典IP中汲取靈感，創造出異彩紛呈的虛擬空間。把握時代機遇把握時代機遇，數字場景建設應用領域不斷拓展數字場景建設應用領域不斷拓展。隨著基礎技術的日趨完善、計算能力快速提升、人工智能飛速發展、人機交互模式不斷變化，當前的數字產業正在快速進化，虛擬和現實世界不斷融合。數字場景建設伴隨著技術和內容生產方式的變革，在游戲娛樂、AR/

4、VR、虛擬地產等新領域的應用不斷深化。同時，隨著數字經濟建設成為國家重點發展戰略，數字場景建設將不斷推動產業數字化轉型，并在未來作為數字孿生和全真互聯網等趨勢的重要部分進一步演化，在全面數實融合的過程中拓展出廣闊的發展空間。風險風險提示提示：數字場景建設下游的創新應用尚不成熟，存在需求不及預期風險；技術領域投入和發展速度不及預期風險；政策或監管風險；行業競爭加劇風險等。投資建議投資建議：我們認為算力、游戲引擎和數字內容創意是數字場景建設的三大要素，建議投資者從3個層次關注數字場景建設行業：數字場景建設的精細化和多元化離不開算力的底層支持，建議關注半導體建議關注半導體、5G/6G通信通信、云和邊

5、緣計算云和邊緣計算、IDC等領域研發能力領先的公司等領域研發能力領先的公司；游戲引擎作為數字場景建設的工具箱，帶來數字場景真實感和沉浸感不斷提升，同時游戲作為數字場景的原生應用，游戲廠商本身就具有數字場景建設的能力，建議關注頭部游戲引擎公司如建議關注頭部游戲引擎公司如Unity（U.N）、Epic Games（未上市未上市）和研發能力強勁的游戲公司騰訊控股和研發能力強勁的游戲公司騰訊控股（00700.HK）、網易網易（NTES.O）、Roblox（RBLX.N） 、心動公司心動公司（02400.HK）、三七互娛三七互娛（002555.SZ）、完美世界完美世界（002624.SZ）、吉比特吉比特

6、（603444.SH）等等；內容創意是數字場景建設的圖紙，建議關注精品建議關注精品IP資源豐富的平臺型資源豐富的平臺型IP內容公司如閱文集團內容公司如閱文集團（00772.HK）、嗶哩嗶哩嗶哩嗶哩（BILI.O）、芒果超媒芒果超媒（300413.SZ）、中文中文在線在線（300364.SZ）和深耕數字創意展示的數字視覺技術公司如風語筑和深耕數字創意展示的數字視覺技術公司如風語筑（603466.SH）等等。此外，我們梳理了數字場景建設產業鏈上的部分相關公司，參見附表。jXMAoYsRqQpPpP7NcM8OtRmMpNoMlOqQoPlOoMoM6MqQzRwMqMtNuOoNsQ目錄目錄CON

7、TENTS21.1. 數字場景建設概要數字場景建設概要2.2. 核心要素一核心要素一：算力是基本生產力：算力是基本生產力3.3. 核心核心要素要素二二：游戲引擎是工具箱：游戲引擎是工具箱4.4. 核心核心要素要素三三：內容創意是施工圖紙：內容創意是施工圖紙5.5. 創新應用：關注技術和內容生產方式變革創新應用：關注技術和內容生產方式變革6.6. 未來展望：全面推動數實融合發展未來展望：全面推動數實融合發展7.7. 風險提示與投資建議風險提示與投資建議31. 數字場景建設概覽數字場景建設概覽I.I.數字場景建設：元宇宙中的“基建施工”數字場景建設：元宇宙中的“基建施工”II.II. 數字場景建設

8、近期數字場景建設近期熱點事件熱點事件4 41.1 數字場景建設數字場景建設元宇宙中的“基建施工”元宇宙中的“基建施工”數字數字場景建設可以類比為在元宇宙中場景建設可以類比為在元宇宙中的的“基建施工基建施工”。元宇宙作為互聯網的下一種形態，發展路徑一方面可以由實向虛，作為物理世界的復現和增強渲染，另一方面又可以由虛向實，通過元宇宙與現實世界的交互達到數實結合的全新階段，而兩種路徑都需要打造與物理世界相平行的虛擬場景，作為元宇宙的具象空間和內容承載。數字場景建設構建起元宇宙的基礎空間和設施，相當于元宇宙空間中的“基建施工”，而參與數字場景建設的相關公司相當于元宇宙“施工隊”，其中算力是基本生產力，

9、游戲引擎是增進效果和效率的工具箱，數字創意是施工的圖紙，構成了數字場景建設的三大核心要素。數字場景數字場景建設未來有望迎來發展機遇建設未來有望迎來發展機遇。數字場景已經在游戲、影視、工業建筑、設計等領域廣泛應用，隨著軟硬件逐步完善、數字孿生和全真互聯網的發展、國家對數字經濟建設的鼓勵和扶持、VR/AR等新型終端設備的普及，對于數字場景建設的需求將會不斷提高。長期看，數字場景將成為元宇宙時代的基礎設施，在全面數實融合的過程中拓展出廣闊的發展空間。虛擬虛擬3D場景搭建場景搭建資料來源：騰訊研究院超級數字場景所需要素超級數字場景所需要素5 51.2 數字場景建設近期數字場景建設近期熱點事件熱點事件元

10、宇宙概念第一股元宇宙概念第一股Roblox上市：上市：游戲平臺Roblox采用直接掛牌的方式在紐交所上市，作為全球最大的互動社區之一及大型多人游戲創作平臺，Roblox是首個將“元宇宙”一詞寫入招股書的公司。上市當天，Roblox估價漲幅達到54%，公司估值比半年前融資時增長了7倍，達到近400億美金。Roblox平臺中擁有眾多基于Roblox Studio自主搭建的UGC游戲和數字場景。騰訊發布騰訊發布“超級數字場景超級數字場景”戰略戰略：2021騰訊游戲年度發布會在線上舉行，發布會以“超級數字場景”戰略理念為核心，傳遞對游戲認知、產業邊界的建設性思考，并通過60余款游戲產品與內容集中發布，

11、展現騰訊游戲為玩家帶來的豐富體驗與多元價值。英偉達在英偉達在GTC大會展示虛擬場景：大會展示虛擬場景：英偉達舉辦的GTC大會上，創始人兼首席執行官黃仁勛穿著標志性的皮夾克，在自家的廚房里做了主題演講，之后公布整場演講的背景是由英偉達仿真建模、追光技術（RTX）和GPU圖像渲染做出來的虛擬場景，引起市場熱議。虛擬土地交易量創歷史新高：虛擬土地交易量創歷史新高：Dapprader數據顯示，在11月 Decentraland、The Sandbox（沙盒）等平臺出現前所未有的流量和交易活動，虛擬土地交易量達到2.28億美元，創歷史新高，環比10月增長688%。虛幻引擎以虛幻引擎以黑客帝國黑客帝國為背

12、景發布開放世界技術演示：為背景發布開放世界技術演示：Unreal以黑客帝國世界為背景，發布黑客帝國覺醒：虛幻引擎5體驗，其中的虛擬城市包括700萬個實例化資產，其中有7000棟由數千個模塊化部件組成的建筑、超過4萬輛停放的車輛、超過260公里的道路等，虛幻5能夠以電影級的質量和超快的速度渲染。百度發布元宇宙虛擬空間平臺百度發布元宇宙虛擬空間平臺“希壤希壤”：百度在Create大會揭開了“希壤”元宇宙的面紗，“希壤”基于AI原生云、空間聲場重建等技術，能夠在國內率先實現了10萬人同屏互動和“萬人演唱會級”真實聲效還原。風語筑與百度就希壤達成元宇宙生態共建合作伙伴關系：風語筑與百度就希壤達成元宇宙

13、生態共建合作伙伴關系：風語筑將作為百度希壤元宇宙3D虛擬建筑開發商之一，承接3D虛擬建筑或數字空間的開發打造及內容運營業務。同時，風語筑與百度希壤計劃將在希壤空間的核心區域打造元宇宙文化設施集群，并率先推出風語筑數字藝術館，由風語筑負責規劃設計、內容引入和運營。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日資料來源：壹點經濟，人民網，澎湃新聞，Unreal官網，觀點網，上海證券報，中信證券研究部繪制62. 核心壁壘一：算力是基本生產力核心壁壘一：算力是基本生產力I.I.性質：算力是數字經濟時代的新生產力性質：算力是數字經濟時代的新生產力II.II.

14、 需求：未來虛擬場景搭建所需算力必然以指數級提升需求：未來虛擬場景搭建所需算力必然以指數級提升III.III.現狀：我國算力規模約占全球現狀：我國算力規模約占全球31%31%IV.IV. 發展驅動力：技術和投入推動算力規模提高發展驅動力：技術和投入推動算力規模提高7 72.1 性質：算力是數字經濟時代的新生產力性質：算力是數字經濟時代的新生產力算力指數的基本結構算力指數的基本結構資料來源：中國信通院，中信證券研究部算力是數字經濟時代的新生產力算力是數字經濟時代的新生產力。2018年，諾貝爾經濟學獎獲得者William D. Nordhaus在計算過程一文中對算力進行定義：“算力是設備根據內部狀

15、態的改變，每秒可處理的信息數據量”。自古代基于人力的算力起，每一次算力的提升，都帶來了科技的突破和生產方式的革命，對人類社會發展有深遠的影響。在數字經濟時代，數據是新生產資料，算力是新生產力，算法是新生產關系，構成了新時代最基本的生產基石。隨著5G、物聯網、人工智能、VR/AR的發展，算力的重要性與日俱增?，F階段算力規模主要包括基礎算力現階段算力規模主要包括基礎算力、智能算力和超算算力三部分智能算力和超算算力三部分。目前的算力主要應用于通用計算、人工智能和科學工程領域，對于芯片硬件和算力水平的要求有所不同，網絡環境和算力投入為算力發展提供堅實保障，而消費和行業具體應用與算力規模相互促進。算力的

16、發展歷程算力的發展歷程資料來源：華為算力規模算力應用算力環境行業應用消費應用網絡環境算力投入基礎算力智能算力超算算力基礎通用計算人工智能計算科學工程計算基于CPU芯片的服務器所提供的算力水平基于GPU、FPGA、ASIC等芯片的加速計算平臺提供AI訓練和推理的算力水平基于超級計算機等高性能計算集群所提供的算力水平8 82.2 需求：未來虛擬場景搭建所需算力必然以指數級提升需求：未來虛擬場景搭建所需算力必然以指數級提升算力需求不斷提升是各領域發展的必然結果算力需求不斷提升是各領域發展的必然結果資料來源：華為虛幻引擎發布虛幻引擎發布Siren演示短片演示短片資料來源：Unreal官網未來虛擬場景搭

17、建所需算力必然以指數級提升未來虛擬場景搭建所需算力必然以指數級提升。特別是元宇宙場景的搭建，當前算力資源遠遠不能達到需求，英特爾高級副總裁 RajaKoduri估計“實現元宇宙所需的算力將是現在全部算力的 1000 倍”。我們認為數字場景建設所需算力的提升主要來自以下方面：高并發用戶：高并發用戶：未來元宇宙將滲透入絕大部分物理世界的活動，而實現高并發下的實時交互仍然是極大的難點。直到2015年，消費級設備上才能運行100名真實玩家參與的游戲，而且對于處理功能較弱的設備無法加載其他玩家的定制裝備。多模態體驗：多模態體驗：VR/AR等新型終端設備比平面場景展示所需算力更高，而未來觸覺、嗅覺、腦機接

18、口等新型人機互動形式成熟，將對算力資源提出新的挑戰。高渲染精度：高渲染精度：隨著對沉浸感和細節的不斷追求，對于虛擬場景和人物的渲染精度逐漸提高，需要強大算力的支持。比如2018年虛幻發布的演示短片Siren首次亮相時便產生了轟動，其引入了一套完整的毛發著色器和渲染系統，通過光源多重散射效果和光線追蹤陰影，實現了逼真的渲染效果。建模方式：建模方式：當前場景建模以空心外表面多邊形模式為主，不符合現實世界的物理規律，未來元宇宙有可能轉向體素建模，巨量的粒子對算力提出更高要求。人工智能：人工智能：以無人駕駛為例以無人駕駛為例物聯網：物聯網：以智慧工廠為例以智慧工廠為例區塊鏈：區塊鏈：以數字貨幣為例以數

19、字貨幣為例AR/VR：以以VR游戲為例游戲為例隨時速響應：提供低時延且不間斷的算力支持無人駕駛級別越高對網絡要求越高，L4需帶寬100Mbps，時延5-10ms物聯網設備精準生產要求連續性算力支撐，帶寬1Gbps，時延5-10ms區塊鏈對于帶寬和時延要求較低為達到舒適用戶體驗，帶寬需180Mbps，時延20ms隨地廣覆蓋：提供不受地理范圍限制的算力支持預計2040年，所有新車配備自動駕駛功能，算力需求遍布全球覆蓋家庭、工廠、電網等多種環境賦能包括金融、政務、零售、支付、物流等多種場景應用于游戲、工作室、智慧商場等多種場所隨需大量級：提供能滿足波峰與波谷的算力需求預計2030年較2018年算力需

20、求增長約390倍，需要滿足出行高峰算力需求預計2030較2018年算力需求增長約110倍，2025年全球IoT設備量達到215億個預計2030年較2018年算力需求增長約2000倍預計2030年較2018年算力需求增長約300倍隨形載體豐富：能夠轉載在隨形的載體上無人駕駛汽車邊緣計算設備云計算中心IoT設備邊緣計算設備云計算中心云計算中心終端設備，如采用ASICS或FPGA架構礦機AR/VR設備手機電腦/設備云計算中心9 92.3 現狀：我國算力規模約占全球現狀：我國算力規模約占全球31%我國算力行業分布我國算力行業分布資料來源：中國信息通信研究院，中信證券研究部2020年全球算力總規模年全球

21、算力總規模429Eflops，同比增長39%。其中，中國算力規模135Eflops，約占全球的31%，位居世界第二。從行業上看，互聯網是需要算力最大的行業，總規模占全國算力的47%，其次是政府和服務行業，分別占比14%和9%。我國算力規模發展我國算力規模發展資料來源：中國信息通信研究院2019-2025年全球算力總規模情況年全球算力總規模情況全球算力規模分布全球算力規模分布資料來源：中國信息通信研究院，中信證券研究部資料來源：中國信息通信研究院（含預測），中信證券研究部309429350001000200030004000201920202025E算力總規模（Eflops）中國, 31%美國,

22、 36%歐洲, 11%日本, 6%其他, 16%47%14%9%8%6%5%4%7%互聯網政府服務電信金融教育制造其他10102.4 發展驅動力：技術和投入推動算力規模提高發展驅動力：技術和投入推動算力規模提高算力革命：基于軟硬件融合的超異構計算算力革命：基于軟硬件融合的超異構計算資料來源：軟硬件融合微信公眾號芯片集成度不斷提高芯片集成度不斷提高。摩爾定律表明，集成電路上可容納的晶體管數目，約每隔兩年便會增加一倍。根據中國產業信息網的消息，2021年IBM宣布研制了2nm芯片，在每平方毫米芯片上集成3.33億個晶體管。與之相比，目前臺積電的5nm芯片制程約有1.71億個晶體管，三星5nm制程每

23、平方毫米約有1.27億個晶體管，對比之下2nm芯片的計算速度接近翻倍。計算中心規模加大計算中心規模加大。目前算力已經成為各國競爭的新焦點，我國也將智能計算中心建設提到戰略高度。2021年5月，國家發改委等四部門聯合發布全國一體化大數據中心協同創新體系算力樞紐實施方案，啟動實施“東數西算”工程，構建國家算力網絡體系?；谲浻布诤系某悩嬘嬎慊蛞I第四代算力革命基于軟硬件融合的超異構計算或引領第四代算力革命。隨著5G、AI等新技術不斷發展，計算場景復雜多樣，對于算力需求、成本、靈活性、資源效率等方面要求也大大提高。在這個過程中，英特爾提出了“超異構”的概念，異構計算框架將不同的計算單元（如CPU

24、、GPU）封裝在同一芯片，利用不同架構處理不同的需求，異構計算加上強大的封裝能力和軟件能力，組成“超異構”，成為未來提高整體算力的一大方向。半導體晶體管數量趨勢半導體晶體管數量趨勢資料來源：IC Insights11112.4 發展驅動力：技術和投入推動算力規模提高發展驅動力：技術和投入推動算力規模提高邊緣計算與云計算對比邊緣計算與云計算對比資料來源：騰訊云，中信證券研究部“網絡化網絡化”算力補充缺口算力補充缺口，構建云構建云-邊邊-端三位一體的算力框架端三位一體的算力框架。根據華為泛在算力：智能社會的基石估算，當單核硅基芯片制程達到3nm、多核疊加達到128核后，受到成本和功耗的限制算力將走

25、向極限。在算力需求持續增長的背景下，需要“網絡化”實現云-邊-端三位一體，來解決供需錯配的算力潮汐效應。5G發展是三位一體的算力架構的保障發展是三位一體的算力架構的保障。5G的建設穩步推進，帶來了低延時、高帶寬和高連接密度的管道，打破了數據中心與邊緣、終端之間的界線，促進算力水平提升，以滿足社會智能化的提高產生的算力需求。華為泛在算力框架華為泛在算力框架資料來源：華為邊緣計算邊緣計算云計算云計算架構分布式集中式計算資源位置邊緣網絡數據中心目標應用物聯網或移動應用一般互聯網應用通信網絡無線局域網，4G/5G等廣域網網絡延遲低高實時性高低可服務的設備數多少提供的服務類型基于本地信息的服務基于全局信

26、息的服務位置感知支持不支持123. 核心壁壘二：游戲引擎是工具箱核心壁壘二：游戲引擎是工具箱I.I.架構：游戲引擎是搭建數字場景的工具箱架構：游戲引擎是搭建數字場景的工具箱II.II. 發展：伴隨主流游戲平臺變化不斷迭代發展：伴隨主流游戲平臺變化不斷迭代III.III.應用：多場景打造數字化世界應用：多場景打造數字化世界IV.IV. 格局：全球市場呈現格局：全球市場呈現雙巨頭雙巨頭格局格局13133.1 架構：游戲引擎是搭建數字場景的工具箱架構：游戲引擎是搭建數字場景的工具箱主要的游戲引擎廠商主要的游戲引擎廠商資料來源：新浪科技游戲引擎是指一些已編寫好的可編輯電腦游戲系統或者一些互交式實時圖像

27、應用程序的核心組件游戲引擎是指一些已編寫好的可編輯電腦游戲系統或者一些互交式實時圖像應用程序的核心組件。這套系統為游戲設計者提供所需的各種工具，來快速地做出游戲程序而不用由零開始。游戲引擎的基礎架構包括客戶端、服務器和自動化部署運營系統，而通常所指的游戲引擎是客戶端引擎，比如Unity、Unreal等，包含渲染引擎、物理引擎、碰撞檢測系統、音效、腳本引擎、電腦動畫、人工智能、網絡引擎以及場景管理等功能。游戲引擎核心在于算法積累和優化游戲引擎核心在于算法積累和優化。豐富和先進的算法能夠在平臺中不斷積累、復用和迭代，從而推動游戲、影視等行業的開發效率提升，也是游戲引擎主要的差異化方向。除此之外，各

28、大游戲廠商開發過程中往往存在獨特的需求，也會在商業化引擎之外選擇自研。游戲引擎是元宇宙時代搭建虛擬數字場景的工具箱游戲引擎是元宇宙時代搭建虛擬數字場景的工具箱。在構建超級數字場景進而打造元宇宙的過程中，需要對現實進行測度并在數字世界重繪、統籌聲音畫面場景等資源，游戲引擎是最貼近這一能力的工具。Unity游戲引擎開發界面游戲引擎開發界面資料來源：Unity官網1414游戲引擎架構游戲引擎架構3.1 架構：游戲引擎是搭建數字場景的工具箱架構：游戲引擎是搭建數字場景的工具箱資料來源：學堂在線，中信證券研究部場景管理器場景管理器大規模地形渲染快速水體模擬大規模植被模擬其他高級視覺效果動態陰影高級動態光

29、照環境光遮蔽后處理系統粒子系統空間劃分遮擋剔除LOD上層包裝上層包裝高層次的游戲流程系統腳本系統世界載入角色抽象靜態世界抽象游戲主循環事件系統人體學接口設備人體學接口設備剛體柔體碰撞檢測光線/形狀投射物理物理GUICG播放前端前端平面顯示器高階Shader管理陰影光照文本渲染紋理及表面管理骨骼網格渲染骨骼節點動畫插值及播放反向動力學音頻播放3D音效低階渲染器低階渲染器骨骼動畫骨骼動畫音效音效日志系統調試及控制臺內存分配數學庫性能分析本地化服務引擎配置反射/序列化單元測試基礎模塊基礎模塊IO網絡傳輸層高分辨率時鐘線程庫圖形API包裝物理引擎包裝平臺獨立層平臺獨立層BoostSTLZlib第三方庫

30、第三方庫操作系統操作系統/ /低階圖形低階圖形APIAPI15153.1 架構：游戲引擎是搭建數字場景的工具箱架構：游戲引擎是搭建數字場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計算機程序模擬牛頓力學模型物理引擎用計算機程序模擬牛頓力學模型。物理引擎使用質量、速度、摩擦力和空氣阻力等變量，用來模擬和表現不同情況下的物理效果，比如物體碰撞、雨水堆積、建筑破碎等。體素建模更逼近真實世界的構成邏輯體素建模更逼近真實世界的構成邏輯。根據騰訊研究院的劃分，數字3D模型分為繪制空心外表面的多邊形模式，以及由內而外搭建實體的體素建模。其中體素建模更逼近真實世界的構成邏輯，也方便玩家創造和交互，但是

31、巨量的粒子對實時運算要求高，因此當前條件下，體素建模生成的游戲材質和細節表現不佳，主流游戲制作仍然采用多邊形模式。賽博朋克2077，游戲我的世界Havok（Mcrosoft）：擁有業界功能最全面的物理仿真解決方案，可以應用在諸如實時碰撞計算、動力學約束求解、車輛綜合解決方案等領域PhysX（NVIDIA）：商用開源引擎，能在Github上下載，但是物理加速功能只能在英偉達顯卡上才能體驗Bullet（AMD）：完全開源且跨平臺的物理引擎三維建模與體素建模三維建模與體素建模PhysX對于爆炸效果的建模過程對于爆炸效果的建模過程3D建模體素建模資料來源：競核，中信證券研究部資料來源：PhysX161

32、63.1 架構：游戲引擎是搭建數字場景的工具箱架構：游戲引擎是搭建數字場景的工具箱程序化場景搭建大量程序化場景搭建大量減少資源減少資源制作成本制作成本。傳統的場景搭建過程存在成本隨資源增加快速增長、迭代成本高、大量資源復用等問題，因此節點化特效工具應運而生，通過設定關鍵節點對場景進行程序化自動渲染，大大減少了場景搭建需要的成本。以軟件Houdini為例，設計師通過定義不同的點云（nodes），組成了相關的場景模型，之后將產生的文件通過插件導入Unreal等Unity引擎里進行實際化渲染，可以一次性將全部場景渲染，并且可以直接調整參數進行優化。通過這種方式，在保證渲染質量的前提下，大大提高了場景

33、生成的效率，推動了大世界下游戲場景建模的發展。SideFX 官網Houdini程序化場景搭建工作流程程序化場景搭建工作流程17173.1 架構：游戲引擎是搭建數字場景的工具箱架構：游戲引擎是搭建數字場景的工具箱主流渲染引擎特點主流渲染引擎特點渲染引擎通常采用分層架構組織代碼渲染引擎通常采用分層架構組織代碼。根據游戲引擎框架（Jason Gregory）的劃分，渲染引擎一般被分為低階渲染器（使用圖形SDK進行渲染）、場景圖/剔除優化（構建場景圖及判斷潛在可見集）、視覺效果（包括粒子系統、光照系統、動態陰影等）、前端（開發者、玩家與游戲交互的橋梁）。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。垂直領域引擎更加專注和多樣，通常以API的形式內置于主流全棧游戲引擎中，比如Unity的高級渲染功能就內置了DirectX、OpenGL和Metal的模塊。資料來源：NVIDIA官網英偉達光線追蹤平臺（英偉達光線追蹤平臺（RTX）實時照片級渲染）實時照片級渲染名名稱稱特特征征DirectX是一組應用程序接口（API），用于在微軟平臺上處理與多媒體相關的人物，尤其是游戲編程和視頻，通常涵蓋Direct3D、DirectDraw、DirectMusic、DirectPlay、DirectSound等。OpenGL（開放圖形庫）是一種跨語言、跨

35、平臺的應用程序接口，用于渲染2D和3D矢量圖形，通常用于與GPU交互已實現硬件加速渲染。Vulkan是一種低開銷、跨平臺的API，是3D圖形和計算的開放標準，應用于高性能實時3D圖形應用程序，提供更高性能和更平和的CPU/GPU使用。Metal是由蘋果創建的低級別、低開銷硬件加速3D圖形和計算著色器API，在iOS 8中首次亮相，為iOS、iPodOS、macOS和tvOS上的應用程序提供對GPU硬件的低級訪問來提高性能。代代表表作作毀滅戰士賽博朋克2077死亡擱淺使命召喚反恐精英博德之門Dota2底特律變人半衰期：愛莉克斯文明6無主之地3方舟：生存進化資料來源：競核，中信證券研究部18183

36、.2 發展：伴隨主流游戲平臺變化不斷迭代發展：伴隨主流游戲平臺變化不斷迭代游戲引擎發展歷史游戲引擎發展歷史游戲引擎發展伴隨主流平臺變遷游戲引擎發展伴隨主流平臺變遷。1）90年代之前的主機時代，以任天堂、索尼為代表的主機廠商都是根據主機機型進行定制開發，但是已經有了復用素材的游戲引擎邏輯，減少底層代碼的重復開發。2）在PC時代，ID Software推出的Quake I引擎被認為是第一個完全支持多邊形模型、動畫和粒子特效的真正意義上的3D引擎，隨后主流的Unreal、Unity等引擎相繼問世。3）移動游戲時代，隨著移動設備不斷智能化，移動游戲的質量和開發難度不斷提高，跨平臺部署成為關鍵戰略，Un

37、ity、Unreal4和COCOS2D-X脫穎而出。中國游戲引擎以大廠自研為主中國游戲引擎以大廠自研為主。由于政策限制，中國游戲市場跳過了主機階段，在端游和移動時代幾乎與海外市場同步發展，騰訊、網易、完美世界、西山居、暢游等游戲大廠均有自研游戲引擎，商業引擎包括觸控科技Cocos、白鷺科技Egret Eng、藍亞盒子Layabox等。資料來源：競核，游戲工委，Unity官網，中信證券研究部20191993199820052004201320092014ID Software推出毀滅戰士，Id Tech系列引擎誕生，成為第一個用于商業授權的游戲引擎Epic推出Unreal引擎Valve公司半條命

38、游戲中首次使用起源引擎Unity 發 布 了 Unity1.0版本，最初是只面向Mac OS X平臺的游戲引擎ID Software公司被ZeniMax 收購，宣布引擎將只提供給ZeniMax的其他公司網易研發3D移動游戲引擎Messiah騰訊與NVIDIA合作研 發 游 戲 引 擎QuickSilverUnity官方宣布全平臺（包括Steam、PC、主機、手游等）所有游戲中有一半是Unity創作，新手游中55%是Unity創作主機時代主機時代PC時代時代移動時代移動時代19193.3 應用：多場景打造數字化世界應用：多場景打造數字化世界多場景打造數字化世界多場景打造數字化世界游戲引擎被廣泛應

39、用于影視游戲引擎被廣泛應用于影視、設計設計、營銷營銷、XR等相關領域等相關領域。電影領域：電影領域：2016年Unity與迪士尼聯合拍攝了3D電影奇幻森林，通過逼真的特效和渲染大獲成功；2019年電影獅子王中，Unity利用游戲引擎制作模擬場景，所有人員都通過VR設備進行拍攝。汽車領域：汽車領域：1）設計部門可以將模型構造出來進行測試，不必在真實樣車上修改，節省時間和開發資金；2）游戲引擎可以用于算法訓練，模擬真實路況中前方車輛剎車、強光照射等等情況；3）在汽車營銷過程中，游戲引擎可以渲染出細節豐富的圖像，讓用戶在官網上就能通過任意終端多角度觀看汽車的外觀和細節。建筑領域：建筑領域：游戲引擎可

40、以直接導入CAD、BIM等軟件的建筑模型，迅速生成精美真實的可視化設計方案，并支持直接在數字實景中進行實時修改。資料來源：競核基于基于Unreal的寶馬汽車數字營銷解決方案的寶馬汽車數字營銷解決方案資料來源：Unreal官網20203.4 格局：全球市場呈現格局：全球市場呈現雙巨頭雙巨頭格局格局2021年游戲引擎市場份額年游戲引擎市場份額全球市場全球市場呈現呈現Unity和虛幻引擎的雙巨頭格局和虛幻引擎的雙巨頭格局。由于游戲引擎開發成本高，且高度依賴于算法的積累，市場呈現逐步集中的態勢。Unity把握住移動游戲時代機遇，成為最早的3D游戲引擎解決方案之一，積累了大量的客戶，增長強勁。根據競核研

41、究所的統計，Unity 市場份額高速增長，2021年占比接近50%，其次是Unreal占比9.68%。相比之下，Unity勝在兼容性更強且上手難度更小，因此擁有更高的使用滲透率，而虛幻引擎則勝在性能更加強大，因此更受3A游戲開發者歡迎。，中信證券研究部Unity: 49.48%未知（自研為主）: 19.39%Unreal: 9.68%GameMaker: 4.50%RenPy: 3.33%RPGMaker: 2.68%其他: 10.94%虛幻虛幻5引擎核心技術升級引擎核心技術升級UnityUnreal圖像物理渲染，全局光照，安裝插件后可進行體積光效，后處理物理渲染，全局光照，體積光效開箱即用，

42、后處理，材質編輯器獨特功能 強大的游戲開發功能人工智能, 網絡支持目標用戶 大部分為獨立開發者，程序員AAA游戲工作室，獨立開發者，設計師編碼C#、Prefab、BoltC+、Blueprints社區Reddit 官方賬號中有超過 20 萬粉絲Reddit官方賬號中有超過10萬粉絲性能擴展功能一般，不如 UE支持分布執行Unity與與Unreal對比對比資料來源：競核，Medium，中信證券研究部資料來源：虛幻引擎官網，中信證券研究部UE5核心技術升級核心技術升級介紹介紹效果效果Nanite虛擬微多邊形幾何體使用了Quixel的MegaScans素材庫，后者提供了具有成百上千萬多邊形的影視級對

43、象；可以虛擬化幾何體，Nanite能極快的渲染數量巨大的三角面，并且能夠將很多的三角面無損壓縮成很小。能夠展示像素級別的細節，這使得幾何體中的三角形也常是像素大小的，這個級別的幾何體細節也要求陰影能夠精確到像素。由數以億計的多邊形組成的影視級美術作品可以被直接導入虛幻引擎，包括來自Zbrush的雕塑和用攝影測量法掃描的CAD數據；Nanite幾何體可以被實時流送和縮放，因此無需再考慮多邊形數量預算、多邊形內存預算或繪制次數預算；不用再將細節烘焙到法線貼圖或手動編輯LOD，畫面質量不會再有損失。Lumen全動態全局光照解決方案能夠對場景和光照變化做出實時反應，且無需專門的光線追蹤硬件。能在任何場

44、景中渲染間接鏡面反射，也可以無限反彈的漫反射。美術師和設計師們可以使用Lumen創建出更動態的場景，例如改變白天的日照角度，打開手電或在天花板上開個洞，系統會根據情況調整間接光照；為美術師省下大量的時間，大家無需因為在虛幻編輯器中移動了光源再等待光照貼圖烘焙完成，也無需再編輯光照貼圖UV；光照效果將和在主機上運行游戲時保持完全一致。其他現有的引擎功能Chaos物理與破壞系統；Niagara VFX；卷積混響和環境立體聲渲染等214. 核心壁壘三：內容創意是施工圖紙核心壁壘三：內容創意是施工圖紙I.I.PGCPGC：數字場景建設中：數字場景建設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.數字場景實現對現實數字場景實現對現實世界文化的創意演繹世界文化的創意演繹IV.IV. 經典經典IPIP賦能數字賦能數字場景建設場景建設22224.1 PGC：數字場景建設中：數字場景建設中不可或缺的力量不可或缺的力量賽博朋克賽博朋克2077的城市景觀的城市景觀內容創意內容創意是數字場景建設的是數字場景建設的圖紙圖紙。在工具和基礎設施之外，搭建怎樣的數字場景、設計怎樣的交互能力也是未來發展的核心之一，相當于施工隊的圖紙。我們認為PGC和UGC都將貢獻大量內容創意，特別是元宇宙建設中UGC的重要性不斷提升，實現數字場景的多元化發展

46、，同時創作者可以從現實世界文化以及經典IP中汲取靈感，創造出異彩紛呈的虛擬空間。PGC仍然仍然是數字場景建設不可或缺是數字場景建設不可或缺的力量的力量。當前數字場景建設仍然有較高門檻，需要大量設計和建模專業知識、資金技術投入等，因此更多是由專業創作者和游戲、影視、工業建筑等領域廠商參與，從而制作高質量數字場景。因此，我們認為在數字場景建設浪潮有望推動游戲、影視、展覽等涉及數字視覺技術領域的公司發展。資料來源：Gamecores虛擬場景搭建流程虛擬場景搭建流程資料來源：知乎用戶思源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創作者使用創作者使用Roblox Studio

47、設計的建筑設計的建筑元宇宙時代開放的數字場景創作元宇宙時代開放的數字場景創作。元宇宙的特點之一是去中心化，整個虛擬空間由每個個體共同創造和運維，而不以某一個個人或組織的利益為中心。Meta首席執行官扎克伯格的演講中也表示：“元宇宙不會由一家公司創建，它將由創造者和開發者構建，創造可互操作的新體驗和數字項目，并開啟比當今平臺及其政策所限制的更大的創意經濟?！痹谶@個特點下，開源開放將是元宇宙的重要趨勢，不同用戶都可以通過封裝和模塊化后的代碼進行創作以拓展元宇宙的邊界，實現其創意和創新。當前類元宇宙的游戲Roblox和Minecraft上已經出現了大量玩家自主設計和開發的五花八門的場景作品，為整個生

48、態帶來新的活力。資料來源：Roblox Developer HubBilibili我的世界場景搭建教程我的世界場景搭建教程資料來源：Bilibili24244.3 數字場景實現對現實數字場景實現對現實世界文化的創意演繹世界文化的創意演繹故宮博物院數字化全景游覽故宮博物院數字化全景游覽虛擬場景建設可以實現對現實虛擬場景建設可以實現對現實世界文化的創意演繹世界文化的創意演繹。數字場景的一個方向是對現實的精確還原，比如工業生產和城市治理領域的數字孿生，這個對于內容創意的要求不高，而需要高精度的數據和傳感器進行動態建模，力求還原出物理世界的狀態和變化。另一個方向是在現實世界已有的對象和文化基礎上，充分

49、汲取靈感，進行數字化的創造性重述。比如在文娛領域，故宮博物院推出了全景故宮，可以讓用戶足不出戶從各個角度游覽故宮，配以相關解說，提供全新的游覽和宣傳方式；游戲刺客信條2則是還原意大利佛羅倫薩富有藝術氣息的建筑，帶來更加沉浸和富有歷史感的游戲體驗。資料來源：故宮博物院游戲游戲刺客信條刺客信條2精準還原意大利佛羅倫薩風貌精準還原意大利佛羅倫薩風貌資料來源：Sunday Tours，Art As Game，游民星空25254.4 經典經典IP賦能數字賦能數字場景建設場景建設哈利波特哈利波特手游再現對角巷場景手游再現對角巷場景經典經典IP賦能數字場景賦能數字場景。一方面，經典IP可以為數字場景建設提供

50、創意來源，使得設計更富有內涵和個性；另一方面，IP的價值也可以充分疊加至數字場景的應用之中，吸引更多受眾達成目標。比如游戲哈利波特：魔法覺醒中對于原著和電影中的古典、神秘的巫師世界場景進行再現，給原有IP附加了新的呈現形式，吸引了一大批粉絲下載，成為爆款游戲。未來隨著數字場景應用的逐漸豐富和元宇宙的建設，更多的經典IP將會以各種形式在虛擬空間中重新呈現，打開優質IP資源的商業變現新空間。資料來源：艾瑞咨詢圍繞圍繞IP的產品運營體系的產品運營體系資料來源：哈利波特：魔法覺醒官網265.創新應用：關注技術和內容生產方式變革創新應用：關注技術和內容生產方式變革I.I.從開放世界、沙盒和模擬到元從開放