CPU渲染和GPU渲染 | ApricityJin’s Blog

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什么是渲染

渲染是使用计算机应用程序从 2D 或 3D 模型生成最终图像的过程。渲染过程就像一幅画的最终着色。最初，这幅画从简单的素描开始，当艺术家为画作添加颜色和纹理时，它最终变得栩栩如生。类似地，在渲染中，原始模型被赋予所有微小的细节，例如纹理、光照和摄像机角度，直到我们得到最终输出。

所以，让我们先看看基于 CPU 和 GPU 的渲染是什么，然后我们将讨论区分它们的特性。

什么是 CPU 与 GPU ？

CPU 代表中央处理单元（Central Processing Unit），也称为中央处理器、主处理器或简称处理器。CPU 是处理指令的计算机的主要组件。它运行计算、操作、运行程序，包括渲染。CPU 不断地接收来自用户或活动软件程序的输入，然后处理数据并产生输出，这些输出可以由应用程序存储或显示在屏幕上。

相比之下，图形处理单元（Graphics Processing Unit），即 GPU，已经成为最关键的计算技术，是微处理器的一种。GPU 有数千个以相对较低的时钟速度运行的小内核。在这种情况下，正是这些核心的数量让 GPU 能够提供强大的渲染性能。GPU专为并行处理而设计，用于广泛的应用程序，加速图形的渲染。

CPU渲染

CPU渲染一般被认为是传统的图像渲染方式。CPU渲染依赖于计算机的中央处理器（CPU），它比GPU渲染有更多的内存，可以使用你系统的RAM和磁盘空间，CPU渲染方式的重点在于处理照明、材料和其他计算流程来产生渲染图像，这个过程需要进行复杂的计算，因此，CPU渲染对于算力的要求比较高。

CPU 渲染的优点在于对场景的光照和相机的观察角度的处理比较精细，可以呈现出非常真实的光影效果，因此 CPU 渲染也常常被用于创作高端的影视、动画等特效。

而CPU渲染的缺点就在于它的计算能力是有限的，只能在单线程执行渲染任务。一旦要处理大规模场景、大量多边形、复杂材质和纹理时，CPU的计算速度就会变得十分缓慢。而这也是为什么在制作3D动画电影时，仅渲染一个5-10秒的场景都可能需要数天甚至数周时间的原因所在。

GPU渲染

GPU渲染则是利用了图形处理器（GPU）的硬件加速器来完成的，所以GPU渲染能够做到的是快速地进行渲染处理，同时也能够处理大规模场景、大量多边形、复杂材质和纹理等高强度的3D渲染任务，其渲染速度远比CPU快得多。

然而GPU渲染的特点在于，它能够进行大规模的并行处理，这代表着它可以同时处理多项渲染任务。但渲染速度又要比CPU高效很多，它让3D渲染的用户能够快速地预览并修改设计，从而增加各种创意的实验机会，这就是为什么现今许多电脑游戏和应用程序都需要GPU支持的原因。

而且，层次化的渲染算法很适用于GPU的并行处理结构，这就让很多GPU制造商将基于GPU的渲染器集成到他们的图形卡产品中，可以称之为“GPU着色器”。这种GPU加速的3D渲染技术比传统的CPU渲染更快、也更节省能源、更智能，而且在处理大型场景的时候也不会影响系统的运行速度。

不过需要注意的是，GPU渲染的优势在于针对较大场景的3D渲染处理，它相比CPU渲染来说，在精度方面会有所下降。

GPU 有数千个以相对较低的时钟速度运行的小内核。在这种情况下，正是这些核心的数量让 GPU 能够提供强大的渲染性能。GPU 本质上被设计为以并行方式运行任务。这使它们比 CPU 更具优势，因为渲染是一项通常涉及许多元素的任务。因此，GPU 以其极快的渲染时间而闻名。

快速渲染允许 GPU 实时处理图形，这就是为什么您会发现现代视频游戏使用 GPU 运行起来更加流畅。与游戏行业一起，GPU 已经彻底改变了加密、大数据、人工智能和机器学习领域。

GPU 渲染在许多领域逐渐普及，正在挑战传统的 CPU 渲染系统。Autodesk 的 Arnold 推出了他们的GPU 渲染引擎，认识到其巨大潜力。

尽管对差异的概述有助于更清楚地了解每个系统，但 CPU 和 GPU 的各种独特功能也值得了解。