游戏引擎作为游戏创作工具与游戏运行的底层控制器，着力于在虚拟世界中构建虚拟形象、虚拟场域，帮助虚实融合打造更强的沉浸感与交互感。我们认为，大型开放世界游戏是初步的、相对具象的虚拟世界形式，游戏引擎的技术与生态日益成熟，有望升级成为元宇宙时代数字内容的生产工具，助力“新大陆”之变革。本文将从游戏引擎发展历程、商业模式及多场景应用等出发，探索其对元宇宙数字世界建设的核心价值与未来方向。
摘要
游戏引擎是模块化、可复用的游戏创作工具，驱动虚拟世界运行。游戏引擎以模块化提升游戏开发效率、降低开发门槛，以可复用特性实现技术积累。游戏引擎历经30余年发展，在游戏用户与游戏开发主体的多元化趋势推动下步入成熟期，演绎出多元商业模式，实现跨行业场景应用。我们认为，游戏引擎有望成为元宇宙数字内容的核心生产工具、技术基础之一。
聚合力：以多元商业模式适配不同发展领域，推动铸就数字内容之城。我们认为，游戏引擎根据开发目的可分为商用引擎与自研引擎，根据受众人群不同则可分为高线与低线游戏引擎。按开发目的划分，商用引擎强调通用化，未来或将更好地支持拓展跨行业应用；自研引擎以垂直化打法提升游戏数字内容的多维创新。按受众人群划分，高线引擎切入O/PGC商业化3A大作，低线引擎则给予普通用户便捷创作工具，支持数字内容产出，在游戏行业率先提升UGC自由度，进一步实现跨行业落地。多元商业模式下，游戏引擎正不断支持共同打造优质数字内容生态，推动元宇宙数字世界建设。
观未来：从游戏到跨行业场景，游戏引擎应用价值逐步提升。在游戏行业，引擎推动研发工业化加速，产业提效以更好地满足用户需求；在跨行业场景下，立足游戏领域向跨行业场景延伸，游戏引擎有望释放长期价值，驱动元宇宙数字世界建设发展。在游戏领域，游戏引擎的价值来源于优化用户游戏体验、提升游戏开发效率。而在跨行业场景中，游戏引擎在数字孪生、数字伴生至数字原生的三级应用场景发挥作用：游戏引擎以仿真及模拟技术从“形”至“理”推动数字孪生落地；借助虚实融合提升效率与质量，为现实世界提供解决方案，实现数字伴生；并最终从虚拟内容创作到数字世界原生要素打造，拓展元宇宙内容体量，实现数字原生。
风险
技术发展不及预期，商业化进程不及预期，跨领域扩张情况不及预期，人才流失风险，行业政策监管风险。
为什么要研究游戏引擎？
游戏引擎或将升级为元宇宙时代数字内容的生产工具。游戏引擎作为游戏创作工具与游戏运行的底层控制器，着力于在虚拟世界中构建虚拟形象、虚拟场域，帮助虚实融合打造更强的沉浸感与交互感。在元宇宙话题风起初期，传统大型多人在线的游戏被视为离元宇宙世界形态相对接近的产品，具备在游戏世界观中的虚拟身份体系、经济体系等。我们认为，尽管游戏产品并不等同于元宇宙，但其具备一些元宇宙的核心理念和要素，而游戏引擎的技术与生态趋于成熟，或将升级成为元宇宙时代数字内容的生产工具、技术基础之一，构建虚拟世界新场景，助力“新大陆”之变革。
全球游戏引擎发展已步入成熟期。游戏引擎历经30余年发展，在游戏用户与游戏开发主体的多元化趋势推动下已步入发展成熟期。游戏引擎多维迭代且均有应用落地，引擎发展路径经历分化后趋向清晰：
商用引擎与自研引擎分野，游戏引擎格局落成。商业引擎针对通用性、易用性及多终端适配性进行完善，立足于游戏领域拓展跨行业的多场景应用，推动产业数字化落地。自研引擎则以实现必需功能的效率目标为导向，将在游戏领域垂直细分化，在特定领域迭代先进技术，构筑游戏厂商的技术护城河。
游戏引擎探索UGC化，虚拟内容创作方式进化。游戏引擎下沉推动游戏成为表达与社交的新型媒介。目前UGC游戏引擎以游戏平台模式为主，为用户提供从开发到发行的游戏社区。游戏UGC化成为虚拟内容创作的演进方向，而UGC游戏引擎使游戏创作脱离既定游戏，推动游戏引擎进一步演化为数字内容生产工具，实现元宇宙数字世界内容量的扩充与完善。
立足游戏领域向跨行业场景延伸，游戏引擎有望释放长期价值，驱动元宇宙数字世界建设发展。在游戏领域，游戏引擎的价值来源于优化用户游戏体验、提升游戏开发效率。而在跨行业场景中，游戏引擎在数字孪生、数字伴生至数字原生的三级应用场景发挥作用：1)数字孪生：游戏引擎以仿真及模拟技术从“形”至“理”推动数字孪生落地；2)数字伴生：虚实融合提升效率与质量，为现实世界提供解决方案；3)数字原生：从虚拟内容创作到数字世界原生要素打造，拓展元宇宙内容体量。
《济南市促进元宇宙产业创新发展行动计划（2022—2025年）》发布:金色财经报道，近日，山东省济南市人民政府办公厅印发了《济南市促进元宇宙产业创新发展行动计划（2022—2025年）》（以下简称《计划》），《计划》为抢抓机遇，加快推进元宇宙产业创新发展，培育壮大发展新动能而制定。
《计划》指出，“元宇宙”是人类运用数字技术构建的，由现实世界映射或超越现实世界，可与现实世界交互的虚拟世界，具有虚实交互、跨界融合、叠加倍增的基本特征，有广阔的应用空间和巨大的发展潜力，已成为数字经济竞争的关键赛道。[2022/12/27 22:10:50]
图表：游戏引擎推动数字孪生、数字伴生到数字原生的三级场景落地
资料来源：京东探索研究院，中金公司研究部
何为游戏引擎？
游戏引擎：模块化、可复用的游戏创作工具
游戏引擎是游戏创作工具，驱动虚拟世界运行。游戏引擎在游戏开发与运行中均发挥作用。游戏可以粗略分为代码与资源两部分，场景素材、角色形象、物品模型为资源，在代码驱动下按一定规律运行。从游戏开发者角度，游戏引擎是游戏创作工具，将上述代码中可通用的部分编写好后模块化，供游戏开发者调用以避免重复编写底层代码。从游戏用户角度，游戏引擎驱动虚拟世界运行，引擎技术持续迭代使游戏世界更逼真、游戏体验更具沉浸感。
图表：游戏引擎是游戏创作工具，驱动虚拟世界运行
资料来源：各公司官网，中金公司研究部
游戏引擎模块化、可复用，提升游戏开发效率、降低开发门槛，并使引擎技术可积累。
图表：游戏引擎包含渲染、物理及动作等模块
资料来源：Unreal Engine官网，Unity官网，AMD官网，Microsoft官网，中金公司研究部
图表：网易游戏自研NeoX引擎在复用中实现技术积累
资料来源：网易游戏官网，中金公司研究部
发展历程：以游戏带动引擎发展，实现功能迭代与技术演进
游戏引擎起源于1992年id Software公司推出的第一款3D第一人称射击游戏《德军司令部(Wolfenstein 3D)》，1998年Epic Games开发的Unreal Engine则使得游戏引擎在画面效果和运行性能上的天花板被进一步抬高，成立于2004年的Unity则凭借跨平台性、易用性以及较好的画面表现能力逐渐脱颖而出。
回顾游戏引擎的发展历程，我们认为游戏引擎在游戏产品的带动下，实现工具化以提升生产效率，在游戏用户对体验感的要求升级、游戏开发生态持续迭代的双重驱动下，经历起步期(20世纪90年代)与成长期(21世纪00年代)后，步入成熟期(21世纪10年代至今)。
图表：游戏引擎发展历程：从成长到成熟，引擎技术、商业模式持续变革创新
资料来源：公司官网，公司公告，data.ai，中金公司研究部
起步期(20世纪90年代)：引擎初步成型，id占先机，Epic后来居上
在竞争格局方面，id Software凭借先发优势独占市场，Epic Games后来居上。在技术演进方面，游戏引擎在3D化和通用化两个维度初具雏形。在商业模式方面，Doom Engine向第三方厂商Raven Software《暗影施法者》(Shadow Caster)进行商业授权以供使用，首次实现游戏引擎的商业化授权，证明引擎的工具化变现具备可行性。
成长期(21世纪00年代)：多点开花，产品推动引擎功能创新
Crypto.com宣布上线XRP:7月14日消息，Crypto.com宣布上线XRP，可使用美元、欧元、英镑等20多种法定货币交易。[2023/7/14 10:54:25]
在竞争格局方面，这一时期呈现出多点开花的局面。海外市场Valve、Remedy Entertainment等游戏厂商结合新产品需求对id Software的引擎进行改编(半自研)或自主研发推出新引擎。国内市场头部厂商引擎研发虽略落后于海外，但网易、完美世界、西山居等老牌游戏厂商分别推出NeoX、Angelica等多款自研引擎进行端游产品研发。这一阶段国内用户偏好MMORPG类游戏，此类游戏的沉浸感来源于养成和社交元素，推动游戏开发商针对人物建模及多人联机的引擎技术进行迭代，在MMORPG品类中形成引擎技术积累。
在技术演进方面，游戏引擎在多个功能模块上发生散点式进化。
图表：硬件及图形API技术迭代，海外自研引擎优化视觉效果
在商业模式方面，Unreal Engine推出“免费开源+版税分成”模式，进一步创新行业内原有的商业授权模式。在这一阶段，随着Unreal Engine II的推出，Epic Games同时推出“版税分成”模式，并在适用范围上逐步从游戏项目拓展至非游戏领域，实现工具效用最大化。
成熟期(21世纪10年代至今)：引擎升级适配多元需求，商用与自研并行
在竞争格局方面，这一时期整体格局成熟化，形成商用引擎与自研引擎两条主线。具体来看：
商用引擎形成双寡头格局。商用引擎以Unreal Engine及Unity为首。TestBird的统计表明2020年国内手游市场中接近90%的游戏使用第三方商用引擎开发，Steam DB的数据(截至2021年)则显示Steam中使用Unity或Unreal Engine开发的游戏占比超过50%。
图表：商用引擎占比高，且形成Unity和Unreal Engine的双寡头格局
资料来源：Unity官网，TestBird，SteamDB，NPD，中金公司研究部
自研引擎则延续00年代伴随新游戏产品推出而持续创新，打通不同垂直赛道。例如，完美世界推出Angelica III(被3D武侠MMORPG《笑傲江湖》所使用)及ERA自研引擎等；网易自研引擎NeoX自2005年因休闲竞技类游戏研发需要推出以来，先后经历在端游《梦幻西游》《大话西游》、手游《镇魔曲》及《阴阳师》等一系列产品迭代应用，中逐步优化引擎性能。
图表：国内及全球畅销游戏的引擎使用情况
资料来源：Sensor Tower，data.ai，蝉大师，中金公司研究部
在技术演进方面，引擎逐步实现全端覆盖及拟真度提升。2012年起手游市场迅速扩容，移动端游戏品类丰富且跨终端游戏成为新趋势，中小游戏开发商或个人开发者涌现，我们认为此阶段商用游戏引擎在通用性、适配性与适配性上逐渐成熟，逐步实现多端适配跨端全端覆盖，同时通过迭代推动实时渲染、光影效果呈现等能力的提升。
游戏引擎拓展适配平台，触达跨终端用户。游戏终端主要分为移动端、PC端及主机端(包含本世代主机和次世代主机)，其中移动端游戏以即时性与低门槛吸引了最大规模的用户群体，PC及主机端硬件性能更高，为用户带来丰富的游戏体验。
图表：跨终端成为游戏趋势，游戏引擎适配多终端
多代引擎实现游戏拟真度提升。这一阶段商用引擎通过不断迭代产品，持续推动画面呈现等品质提升。其中，Unreal Engine已发布第五代工具，在多边形几何系统、全动态全局照明解决方案等方面实现相对突破；Unity则形成每年4个版本的迭代节奏，持续对工具应用范围、应用质量等进行升级。
咨询公司CyberMedia：元宇宙可能会带来新的网络风险:金色财经报道，咨询公司CyberMedia Research的行业情报小组负责人Prabhu Ram表示，由于元宇宙的轮廓和潜力尚未完全实现，对元宇宙隐私和安全问题的公开担忧仍然仅限于少数‘技术意识的公司。随着新的攻击向量的出现，它们将需要对当今的安全范式进行根本性的调整，以识别、验证和保护元宇宙。（CNBC）[2022/3/23 14:12:24]
在商业模式方面，工具自身与引擎生态系统实现变现模式创新。一方面，Unity开启多层次订阅制，在Unreal分成制、Unity前期买断制之外再添新的商业模式，降低使用门槛，打开多元化变现逻辑；另一方面Unity开启素材商店，在引擎工具生态系统内推动创作者变现，鼓励更多创作者使用第三方商用引擎，实现更好的正向循环。
聚合力：商用与自研并行，高线与低线共筑数字内容之城
开发目的：商用引擎的开发及迭代目的是扩大使用人群，进而获取商业收入；自研引擎以支持自研游戏为导向。
受众人群：高线游戏引擎面向专业游戏开发者、具备一定编程基础的使用者，低线游戏引擎则面向非专业开发者，主要为游戏用户。
图表：游戏引擎可分为商用引擎与自研引擎，或高线引擎与底线引擎
资料来源：公司官网，公司公告，中金公司研究部
商用引擎与自研引擎：前者通用化，后者垂直化，共同打造优质内容生态
商用引擎强调通用性、易用性及适配性。我们认为典型商用引擎历经多次迭代后在通用性、易用性及适配性上趋向成熟，在通用性上多支持2D/3D游戏开发，在易用性上商用引擎以免费或收费方式开放全部或部分源代码，通过完善新手引导、提供多种开发语言的方式降低使用门槛，且适配移动、PC、主机、AR/VR等多种平台。
图表：商用引擎的特点是通用、适配及易上手
商用引擎按商业模式可分为服务型、产品型和项目型，部分商用引擎暂未对使用者收费。我们认为，商用引擎发展趋于成熟后，根据引擎的技术特点、发展阶段区分出不同的商业模式。除此以外，目前免费游戏引擎主要有Cocos、Godot等，多用于体量较小的游戏品类开发，服务对象多为个人游戏开发者或独立游戏工作室。
服务型：技术侧重通用性与适配性的成熟商用引擎向服务型演进。典型代表是Unity，通过提供面向多类使用者、面向游戏全周期的服务及产品扩大引擎付费用户，收费模式多为订阅制。
产品型：技术积累深厚的成熟引擎采用产品型盈利模式。以Unreal Engine、CryEngine为代表的商用引擎在游戏画面与游戏控制方面技术相对领先，引擎除服务于自研游戏外，收入主要来源于第三方游戏的收入分成。
项目型：尚处于发展早期的引擎多采用项目型商业模式。项目型商用引擎则以项目制合作的方式提供服务并积累经验，服务场景多为非游戏领域的影视、智慧城市等，典型代表如粒界科技(GritGene)。
图表：商用引擎主要盈利模式对比
图表：Unity提供面向多类使用者、面向游戏全周期的产品及服务
资料来源：Unity招股说明书，Unity官网，中金公司研究部
自研引擎小而精，构筑游戏厂商技术护城河。自研引擎以服务于自研游戏项目为导向，设计引擎功能时以效率为先。我们认为，自研引擎相对商用引擎有以下特点：相对技术优势。自研引擎根据自身开发需要，可以针对特定需求进行技术开发，而商用引擎考虑到稳定性往往滞后应用尖端技术。因此自研引擎在专长领域技术可能领先于商用引擎，是引擎技术迭代的重要阵地。
高效调整。由于绝大部分代码是自有的，使用自研引擎进行开发可以根据需求迅速进行调整。若使用商用引擎则需要向引擎开发商提交需求后等待开发商修改，或对游戏开发效率产生影响。
元宇宙价值指数今日为1089.75点:金色财经报道，据同伴客数据显示，12月02日元宇宙价值指数为1089.75点，较前日下跌23.58点，跌幅为2.11%。
构成元宇宙价值指数成分的上市企业或NFT平台皆为目前在虚拟经济领域表现出巨大市场价值和未来潜力的头部机构，该指数能够有效反映元宇宙虚拟经济整体价值的发展趋势。
注：2021年3月10日主要成份股roblox上市并产生第一个收盘价，故选取3/11日为本指数首次推出的基准日，初始值为100。[2021/12/2 12:45:37]
构筑技术护城河。使用自研引擎进行游戏开发时，对游戏引擎进行的修改与迭代可积累、可复用，成为游戏厂商的技术壁垒。若使用商用引擎开发游戏，随着商用引擎迭代新版本，游戏开发商将重新面临引擎学习成本与个性化修改成本。
图表：自研引擎的三大特点
资料来源：中金公司研究部
图表：商用与自研游戏引擎对比
我们认为，随着商用引擎趋于通用、自研引擎趋于垂直细分，商用与自研引擎发展方向分野。
商业引擎拓展跨行业应用。产业数字转型背景下影视、汽车、医疗及建筑等多行业展现出3D数字化需求，我们认为商用引擎将立足于游戏领域拓展跨行业应用，主要由于：商用引擎降低产业数字化门槛。商用引擎在通用性、易用性与适配性上趋于成熟，新手教程完善，工具插件丰富，将降低其他行业实现数字化的技术门槛。跨行业应用拓展引擎收入来源。目前商用引擎在游戏行业进入存量竞争阶段，拓展游戏外行业应用为引擎带来增量收入。根据Unity招股说明书，预计2025年游戏行业将实现营收约160亿美元，同时2019年的数据显示全球营收TOP100的游戏工作室中Unity客户占比已达到93%；对比之下2019年Unity在跨行业应用的市场规模已达到170亿美元，跨行业应用有望成为Unity长期增长动力来源。
图表：Unity以通用性拓展跨行业应用
自研引擎在游戏领域垂直细分，有利于精细化的玩法创新。我们认为自研引擎在擅长领域多次复用持续迭代，将形成垂直细分的市场格局，例如Source引擎主要针对第一人称射击游戏进行优化。自研引擎难以复制Unity及Unreal Engine的商业化授权道路，主要由于：1)改造成本高：自研引擎需要在通用性及易用性上进行较多完善后才能面向市场，涉及到较高改造成本；2)与商用引擎的底层架构相悖：自研引擎在开发之初就以内部团队开发特定游戏的需求为导向，与商用引擎通用化、功能完备化的开发逻辑相悖。国内市场方面，头部厂商持续发力自研引擎，除用于MMORPG类游戏外，拓展对其余品类的通用性，如射击、MOBA及卡牌等品类。我们认为，未来头部游戏厂商仍将深耕自研引擎，相较于通用性的商用引擎，厂商能够通过自研引擎垂直细分化应用以实现更精细化的玩法创新。
高线引擎与低线引擎：前者支持3A大作，后者支持创作平民化，丰富数字内容体量
低线游戏引擎目前以游戏平台模式为主，为用户提供从开发到发行的游戏社区。我们在此前谈论较多商用引擎、厂商自研引擎等大多属于高线引擎的范畴。高线游戏引擎面向专业游戏开发者、具备一定编程基础的使用者，低线游戏引擎则面向非专业开发者，主要为游戏用户。以Unity、Unreal Engine为代表的通用引擎虽然通过丰富引擎插件、完善新手引导的方式较好地降低了游戏开发门槛，但仍要求开发人员具备编程基础，为高线引擎范畴。与此同时，游戏厂商探索如何降低开发工具门槛，释放普通用户的创造力与生产力，即低线游戏引擎。我们认为，目前游戏平台型的低线引擎立足游戏生态，为普通用户提供低门槛的游戏创作工具、游戏发行与盈利渠道。
低线引擎使游戏创作门槛降低，拓展至C端用户；升级为数字内容生产工具，扩充虚拟世界内容体量。
游戏引擎向下覆盖潜在开发者，推动游戏成为表达与社交的新型媒介。游戏UGC创作有四种典型模式，1)地图编辑器模式：用户使用游戏官方发布的地图编辑器进行玩法上的二次创作。2)MOD(Modification，游戏模组)模式：MOD是游戏的一种修改或增强程序，用户用其对游戏中的人物形象、物品乃至游戏情节等作出修改或拓展。3)沙盒创作类游戏模式：以《我的世界》(Minecraft)为代表的一类沙盒类游戏，核心玩法是用户自由创作游戏场景与玩法。4)低线游戏引擎模式：前三种游戏UGC的模式都围绕着原游戏进行二次创作，随着游戏开发工具进一步向下覆盖潜在开发者，UGC内容的创作方式延伸为用户独立进行游戏创作。我们认为，面向平民化创作的低线游戏引擎模式下，UGC游戏创作脱离既定游戏，推动游戏真正成为用户表达与社交的新型媒介。
OKEx Blockdream Ventures战略投资元宇宙沙盒游戏SpaceY 2025:据官方消息，元宇宙沙盒游戏SpaceY2025获得来自OKEx Blockdream Ventures的战略投资。双方将在元宇宙领域共同发挥自身优势与资源，全力推进元宇宙生态的快速发展与应用落地。
SpaceY 2025是一款基于火星移民题材的3A级塔防链游。目前，该游戏的核心玩法获得6000多名KOL用户的支持，游戏已拥有来自全球数十个国家超过12万名的玩家和社群粉丝。[2021/9/10 23:15:33]
图表：游戏UGC创作的四种模式
资料来源：Steam，Minecraft，Roblox，中金公司研究部
我们认为，游戏UGC化将成为虚拟内容创作的演进方向，而低线游戏引擎使游戏创作脱离既定游戏，推动游戏引擎从游戏创作工具升级为数字内容生产工具。
观未来：从游戏到跨行业场景看游戏引擎应用价值
游戏行业：研发工业化加速，产业提效以更好地满足用户需求
我们认为，游戏引擎在游戏行业的价值可分为用户与开发两个维度。
用户价值一：逼真渲染及交互技术提升游戏沉浸感及自由度。3A类游戏发展趋向互动式电影叙事、开放大世界及RPG化，其中逼真的电影感、开放大世界要求游戏场景和角色模型足够丰富拟真，互动式游戏体验来源于调动用户更多感官的多样化交互玩法。我们认为游戏引擎的持续迭代使上述沉浸式、互动型游戏体验成为可能。内容丰富是游戏沉浸感的视觉来源：1)虚拟场景：游戏引擎通过构建不同地形地貌下的世界场景、渲染不同的光照与材质渲染以及对物理运动与破坏进行仿真，模拟出细节丰富且逼真的游戏场景。2)虚拟形象：游戏引擎对虚拟角色的毛发、皮肤进行细腻的模拟和渲染，Unreal Engine可以快速渲染出10万量级的逼真毛发，且毛发移动时遵循物理原则。
玩法多元是游戏沉浸感的内在体验：游戏引擎在游戏输出与输入两侧对识别及反馈模块进行迭代，为用户提供更多元的交互方式。
图表：游戏引擎从内容与玩法两方面提升游戏沉浸感
资料来源：Unreal Engine官网，Steam，任天堂官网，中金公司研究部
多要素交互是游戏自由度的基础要求。借助游戏引擎以打造相对自洽的虚拟世界，塑造真正的开放世界，通过Mass AI等框架应用实现更好的人群、交通交互，以提升交互感与自由度。此外，借助引擎内的程序化生成模块丰富游戏内容体量，提高游戏内容的生产效率及丰富程度，延长游戏生命周期。我们认为，游戏引擎当前已成为推动游戏工业化水平提升的重要基础工具，在一定程度上决定了开放世界的完成度与可持续性。
用户价值二：轻量化技术减小游戏包体，降低虚拟世界进入门槛。游戏内容精品化与丰富化导致游戏安装包体过大，对游戏设备的要求越来越高，成为游戏门槛之一。我们认为，游戏引擎的轻量化技术一方面满足了游戏用户对轻度游戏的需要，拓展以微信小程序、抖音小程序为代表的即时游戏场景(Instant game)；另一方面则降低虚拟产品门槛，是游戏引擎推广跨行业使用人群与场景的前提。
图表：Unity以流式资源加载方案减少游戏首包大小
资料来源：Unity官网，中金公司研究部
开发价值：云端化及可协作提高游戏开发效率。目前游戏开发商面临着游戏品质要求与市场效率需求之间的困境。游戏精品化带来倍增的项目资源和庞大的开发团队，导致游戏开发人员面临制作周期与成本限制。我们认为游戏引擎通过提供游戏开发的云端化与团队协作服务，提高游戏开发效率，降低游戏开发成本。
图表：Unity云构建使游戏开发团队在云端实现协作与分发
跨行业：从数字孪生、数字伴生至数字原生的三级应用场景
数字孪生：仿真及模拟技术助力数字孪生落地
数字孪生加速落地，游戏引擎从建模、行为与交互三个层次发挥价值。数字孪生(Digital twin)是现实世界的数字化，从“形”(外形)到“理”(规则)对现实世界进行映射。截至2021年，国家工信部及发改委围绕数字孪生发布了一系列政策，助力数字孪生加速落地。我们认为游戏引擎以仿真和模拟技术对现实世界的外在形态和内在规则进行数字化，在数字孪生建模、行为与交互三个层次中均有应用。
图表：游戏引擎从建模、行为到交互应用于数字孪生
以身份要素及形象的数字孪生为例，我们来说明游戏引擎在数字建模方面的相关应用。数字人技术创造虚拟世界化身，是元宇宙的身份基础。化身(Avatar)是现实用户的虚拟形象，使用户在虚拟场景中具备独特性与代入感，有望成为元宇宙中用户的身份标识与数字指纹。虚拟化身起源于游戏的“捏脸”系统，使用户简便地制作出独一无二的游戏形象。我们认为，游戏引擎的数字人技术区别于以往的游戏“捏脸”系统，将从制作和外形两方面，推动创建虚拟世界化身，构建元宇宙的身份基础。
数字人制作：游戏引擎驱动的“次世代捏脸工具”满足UGC用户对便捷性与独特性的需求。
数字人外形：游戏引擎实现数字人从静态到动态的高度拟真。
图表：数字人技术以便捷制作、高度自定义及逼真外形为用户创造虚拟世界化身
资料来源：Unity官网，Unreal Engine官网，中金公司研究部
如我们在元宇宙开篇报告《元宇宙：空间升维、时间延展、社会重构》中所言，对于B端应用，元宇宙赋能产业转型的第二阶段是“元宇宙融合”，也即“数字伴生”。一方面，引擎将助力逐步提升部分内容的虚实融合程度，实现虚实“相依相伴”之感。另一方面，推动仿真映射以实现对现实世界的问题解决。从发展逻辑上看，引擎将首先通过建立数字孪生模型帮助各产业更好地将现实世界的问题映射至虚拟数字化世界进行试验，实现对现实世界中各类模型的优化，在虚拟世界中解决现实问题，再将试行方案传输回现实世界进行落地。
在内容延展与融合上，引擎在技术端推动虚实融合，提升画面的制作效率与质量。实时渲染技术用于虚拟制片，虚拟制片是一种影视摄制方法，指拍摄时虚拟场景在引擎驱动下实时呈现并变化，与真实演员、真实场景融为一体而无需进行后期合成的制片技术，当前已应用于多类虚拟场景的打造与呈现中。在虚拟制片中，游戏引擎通过实时渲染技术为导演和制作人员提供即时预览的最终融合效果。我们认为相比于传统绿幕拍摄方式，游戏引擎应用于虚拟制片将提高虚实融合的效率与质量，并将丰富虚拟世界的场景内容。
图表：2021年央视春晚使用Unreal Engine打造虚实融合的舞台效果
资料来源：Unreal Engine官网，中金公司研究部
图表：2020年电视剧《西部世界》采用Unreal Engine制作虚拟背景
在解决方案的供给上，引擎推动模拟仿真，搭建试验平台为现实世界运行效率提供优化方案。模拟物理规律用于搭建仿真试验平台，优化现实世界运行效率。以汽车自动驾驶为例，采用真实路测来优化自动驾驶算法耗时和成本高、受相关法规限制，且难以复现极端天气与复杂驾驶场景。基于游戏引擎开发的自动驾驶仿真平台目前已广泛应用。我们认为，游戏引擎的物理及动作模块能够对现实世界的物理规律进行模拟和仿真，通过在虚拟环境中进行模拟测验，有效降低试验成本且避免安全隐患，最终提高现实世界中物理模型的运行效率，将在自动驾驶、工业产线、智能运维、模拟训练等应用场景中发挥价值。
图表：游戏引擎对物理规律进行模拟和仿真，应用于自动驾驶、工业、运维及模拟训练等多个场景
游戏引擎提升虚拟内容创作效率，丰富虚拟内容供应。虚拟内容创作涉及环节多、渲染耗时长、沟通协作不顺畅，成为虚拟内容供应的瓶颈。我们认为，以Unity和Unreal Engie为代表的游戏引擎以渲染技术、多终端适配及云端化技术，改进虚拟内容创作流程，使创作各方的多终端、云端化协同成为可能，提升创作效率并丰富虚拟世界的内容供应。
非线形编辑使虚拟内容创作多线程。游戏引擎的渲染效果的逼真度和时效性增强、编辑器易用性与插件完善，共同驱动非线性编辑工具进入动画制作行业，提升动画制作效率。以Maya为例的传统动画制作工具采用串联式流程，某一单独环节的卡壳将影响到整个流程的推进；而Unreal Engine提供非线性编辑工具，不同环节的创作者可以同时编辑整个序列。游戏引擎实时渲染并合成画面，无需对画面进行预渲染，有效降低动画制作时长。2016年日本动画公司Marza以Unity打造动画短片《The Gift》，制作时间缩短约25%。
图表：游戏引擎提供非线性编辑工具，提高动画制作效率
资料来源：Unite2016开发者大会，Unreal Engine官网，中金公司研究部
多终端适配使虚拟内容创作可协同。游戏引擎的多终端适配及云端化用于设计行业，使项目周期各阶段的参与者随时可查看项目进程，并且实时呈现调整效果，从而提高沟通与反馈效率，实现内容创作可协同。
图表：Unity Reflect使设计参与各方均可实时查看BIM数据
协助建设完善各产业在元宇宙数字世界中的多重要元素，构筑数字世界新基建。当现代企业主不断延展业务，在现实主营业务之外逐步于元宇宙数字世界中进行业务运营，较大规模的线上虚拟化要素需要引擎技术支撑以进行更好的模拟、创作。例如，消费品厂商在元宇宙世界中进行商品销售所需的商品细节建模等，营销公司协助广告主进行元宇宙内广告宣传所需要的营销场景搭建，地产企业在元宇宙搭建数字化住宅小区所需要的建筑景观生产等。我们认为，随着游戏引擎的跨行业应用逐步成熟，将有望协助各产业建设完善其从现实世界向元宇宙数字世界转移、延展。
挑战：技术迭代、应用落地与人才培养
我们认为，国内引擎赛道发展路径与海外存在一定差异，当前仍处于成长期，相关技术迭代、应用落地及人才培养等均为该产业发展的核心挑战。
技术创新与迭代：商用引擎方面，国产引擎如Cocos等从轻度游戏市场切入，以开源、免费和轻量化来吸引用户。但引擎的受众面拓宽仍需技术方面的持续创新与迭代。与海外Unity、Unreal Engine相比，国内商用引擎赛道具备较大技术升级空间。头部游戏厂商则发力自研引擎，但引擎产品化受限，导致中腰部厂商引擎研发动力不足。我们认为，游戏引擎发展依赖于技术工具进展，若建模渲染、动作捕捉、人工智能等关键技术未能得到进一步迭代升级，导致生产成本处于较高水平、品质和功能受限、使用场景受限等，将影响游戏引擎技术的发展。
全场景应用落地：我们在前文呈现游戏引擎在游戏行业及跨行业的已落地及未来可能诞生的应用场景。我们认为，全场景应用落地尚待时日：首先，技术成熟度仍有提升空间；其次，游戏引擎跨行业应用需要与各行业特性进行更好的磨合、融合以更精准地对不同行业向延展元宇宙数字世界延展提供帮助；第三，引擎使用准入门槛须有更好的调整，以供跨行业普通创作者、生产者通过简单操作实现相对高阶的效果，以使得其能够有更广泛的使用。
人才培养与激励：引擎技术高度依赖优质人才。从培养体系上看，海外引擎厂商Unity开设Unity大学以及Unity中文课堂两大板块，国内引擎厂商Cocos等则尝试在厦门大学等高校推出引擎课程。从激励机制上看，引擎技术受开发语言等影响本身具备一定特殊性及人才专有性，若厂商对人才激励不足或相关人才对引擎的偏好度下降，则存在行业人才流失风险，或将对引擎技术未来发展产生不利影响。
风险提示
技术发展不及预期。游戏引擎发展依赖于技术工具进展，若建模渲染、动作捕捉、人工智能等关键技术未能得到进一步迭代升级，导致生产成本处于较高水平、品质和功能受限、使用场景受限等，将影响游戏引擎技术的发展。
商业化进程不及预期。如果引擎无法在一定的商业模式下形成自然良性循环，以保证现金流的正常回笼，或将导致引擎厂商(尤其是商用引擎厂商)难以持续开拓市场。跨领域扩张情况不及预期。游戏以外的行业应用还处于早期发展阶段，对于游戏引擎来说，经验相对有限，不确定性较强。如果无法进一步扩展到新行业，或针对新行业提供的技术解决方案无法获得市场认可，则引擎的长期发展或将受到不利影响。
人才流失风险。引擎技术高度依赖优质人才，若厂商对人才激励不足或相关人才对引擎的偏好度下降，则存在行业人才流失风险，或将对引擎技术未来发展产生不利影响。行业政策监管风险。一方面，目前针对引擎应用场景、规范等方面的法律法规尚待完善，若相关政策落地或将对游戏引擎板块发展产生一定影响；另一方面，在游戏行业及相关跨领域行业的政策亦有可能影响到游戏引擎板块发展。
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