【深度技术】打开工业数字化的渲染性能天花板——从像素到簇：Cluster Rendering
导语
在三维图形渲染的世界里，效率一直是绕不开的话题。
几年前，显卡的算力和显存远不如今天，工业可视化只能在有限的预算中“省着用”。随着业务场景规模爆炸式的增长，传统的渲染方式逐渐显露瓶颈——尤其是在面对上亿甚至上百亿个三角形的超大模型时，哪怕是顶级显卡也会压力山大。
细节与性能，必须二选一吗？
在图为技术引擎发展的早期，我们使用了多种优化技术，如视锥体剔除、实例化渲染、遮挡剔除、模型合批处理，模型预处理等等：
· 视锥体剔除：跳过视野范围外的物体，避免无效渲染；
· 实例化技术：对相同物体批量提交，提升绘制效率；
· 遮挡剔除：忽略被其他物体完全遮挡的部分，减少冗余计算。
· 模型合批：对无须做出过多更改的物体进行一次性绘制，降低GPU的交互。
· 模型预处理：模型导入时预先对几何数据进行预优化，去除运行时优化操作。
但问题在于，工业场景的渲染往往是以整个模型为单位。
例如：一个 100 万三角形的建筑模型，哪怕只有一根管道的边缘出现在屏幕上，也得把这一块三维模型的的顶点数据送到GPU，小则几十KB，大则几十MB——导致算力与带宽的严重浪费。而对于以上某些优化技术而言，优化效果的收益微乎其微。
于是，我们开始探索一种全新的技术路径 ——Cluster Rendering（簇渲染）
Cluster Rendering （簇渲染技术）核心思想是将三维模型切分为更小、更易管理的几何单元（Cluster 或 Meshlet），并借助现代图形 API（如 Vulkan 和 DirectX 12 Ultimate）提供的 Mesh Shading 等新特性，实现高度并行的 GPU 端剔除与渲染调度。
该技术支持对可见性和细节层次（LOD）进行极细粒度的控制，从而大幅降低 CPU 与 GPU 之间的数据传输开销，提升渲染效率，并具备以下几方面的显著优势：
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支持超高规模几何体实时渲染
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显存使用效率极高
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可呈现接近真实的细节表现
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实现真正意义上的 GPU 驱动渲染（GPU Driven Rendering）
这些优势精准命中了当前工业数字化的核心痛点，也清晰指明了下一代渲染技术的发展方向。
模型服务Next - 数据切分与管理
在工业场景中，三维模型往往庞大到无法一次性高效加载。模型服务 Next 的思路是将完整模型拆解成更小的单元，就像把庞大的工厂模型分装成一箱箱零件，系统在渲染时无需一次性加载整模。根据用户当前的视角，仅加载真正需要的部分。这种方式，可以大幅减轻显存和网络带宽的压力，让数十亿三角形规模的超大模型也能在普通 PC 甚至浏览器中流畅运行。用户无需关注背后的复杂处理，只会体验到加载更快、交互更顺畅，全面提升渲染效率。
渲染引擎Next - T3Dx
传统渲染方式，数据爆发式增长给CPU调度带来巨大压力，CPU侧容易成为瓶颈。 图为技术T3Dx 引擎基于新一代图形标准构建，突破了这一限制。通过把更多调度与计算交给 GPU，在显卡内部完成从剔除到绘制的流程，大幅减少 CPU 负担。这样不仅避免了海量重复的“来回传递”，还让渲染过程更高效。
对于用户来说，T3Dx 意味着可以在更普通的硬件条件下，更加自然、稳定、流畅地浏览和操作超大规模模型，真正实现了“大模型，小压力”的目标。
这一实践，让渲染粒度从“模型”下降到“簇”，为我们 T3D 引擎带来两大核心价值：
小机器大性能 - 更优的性能控制
在簇渲染技术下，只渲染当前可见的簇，减少无效绘制。对于超大模型，可大幅降低 GPU 的工作量，对于预算有限的机器有着友好的适配场景。
可粗可细 - 更平滑的 LOD 切换
每个簇独立生成 LOD。渲染时，可按簇独立切换 LOD，避免整模 LOD 切换带来的突兀感，用户几乎察觉不到细节变化，体验更顺滑。
Cluster Rendering技术不仅是渲染优化的突破，更是支撑工业级超大规模实时可视化的核心路径。随着图形硬件与标准的演进，它正成为高端三维引擎的重要能力。T3D 引擎在该技术上实现了关键突破，并在工业数字孪生中展现出巨大潜力——让超大规格模型的可视化成为现实：
* 超大工厂：数亿三角形模型可实时漫游；
* 船舶与航空：全尺寸船体、飞机模型流畅加载；
* 城市级 BIM：数百平方公里城市数据快速可视化。
随着 GPU 技术的普及，Cluster Rendering 正逐步成为三维引擎的基础能力。作为国内工业三维数字化的标杆，T3D 引擎将持续突破，在以“簇”为核心的新纪元中砥砺前行。