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雲流技術深度剖析:實時雲渲染為何選擇與遠程桌面不同的技術路線?


曾經,當我們需要遠程控制雲端電腦/雲端電腦上某款軟件時,首先想到的往往是遠程桌面(RDP, VNC, SPICE等)。然而,近年來,當場景切換到需要實時交付超高清3D畫面、支持用户低延遲交互的雲遊戲、雲設計、雲VR/AR時,業界卻幾乎一致地摒棄了這套傳統方案,轉而採用專屬的雲流化串流技術。這並非技術迭代的隨意選擇,而是兩者在設計初衷、核心架構上的本質差異,導致傳統遠程桌面技術無法匹配實時雲渲染低延遲實時交互的場景需求。本文作者在軟件研發領域從業20餘年,將從技術底層出發,拆解這一選擇背後的核心邏輯。

一、現狀:常見的遠程桌面技術與實時雲渲染系統

(一)常見遠程桌面技術及核心特徵
目前主流遠程桌面協議可分為開源與商業兩類,覆蓋不同應用場景,核心技術特徵與適配範圍各有側重,具體如下:

1、商業類遠程桌面協議

  • RDP協議:源於ITU-T的T.128協議,後由微軟收購優化並商業化,常用於共享雲桌面方案(如很多瘦終端客户機搭配RDP8.0)。7.0版本開始新增Remote FX功能提升圖形渲染效果。並開始支持TCP/UDP雙傳輸,向視頻流模式靠攏,支持AVC 4:4:4模式及60fps刷新率,相比於之前2D時代早期的傳輸和編碼,也在參考實時串流系統的優點,逐步支持一些視頻流模式。但該技術更多是追求更廣闊場景的兼容性,低延遲和高畫質性能上並非最優。
  • PCoIP協議:由Teradici公司開發,後與VMware合作推動商用化,廣泛應用於VMware旗下相關產品。基於UDP傳輸,跨平台兼容性強,最新版本帶寬佔用低、圖像質量優,底層基於H.264視頻流技術。其最初設計目標為瘦客户機及硬件圖形加速使用。
  • ICA/HDX協議:ICA協議由Citrix公司開發,基於UXP協議,核心優勢為平台無關性強,並且從窄帶時代發展而來,它對帶寬資源的佔用極低(平均每用户20Kbps),發展至今已近20年。2009年推出的HDX技術基於ICA協議擴展,通過媒體流優化、實時通信增強、3D圖形優化等子技術,提升多媒體與圖形密集型應用體驗,支持外設即插即用與智能緩存,廣泛應用於虛擬雲桌面(VDI),授權費用不菲。

2、開源類遠程桌面協議

  • SPICE協議:由RedHat開發的開源桌面虛擬化傳輸協議,核心組成包括協議、客户端側、服務端側及虛擬機側,支持跨平台(Windows/Linux/Mac OS)、外接設備透傳(USB、打印機等)及豐富媒體格式,可通過QXL驅動優化圖形操作捕獲與傳輸。因開源特性,易於擴展定製,是目前國內多家雲桌面廠商研發領域的重點研究對象之一。
  • VNC(RFB協議):基於RFB(遠程幀緩存)協議,是平台無關的超級瘦客户系統,由AT&T實驗室開發。協議工作在幀緩存級別,通過矩形序列更新畫面,主流編碼方式為ZRLE、Hextile等,支持狀態保存,斷開重連後可恢復原用户狀態。但不支持視頻GPU加速、音頻傳輸及USB透傳,多適用於簡單遠程控制場景。

商業桌面協議目前授權成本高;開源協議(SPICE、VNC)與Windows自帶的RDP協議因獲取成本低,是國內部分雲桌面廠商研發領域的主要研究和使用對象。

但多數遠程桌面技術源於90年代2D時代,初始設計核心為節省帶寬以適配低速網絡,近年雖向視頻流傳輸轉型,但一方面船大難調頭,不可能一下子完全轉為視頻流模式;另一方面,目前低延遲高畫質的實時雲渲染場景和工業上的需求,國外廠商的反應速度遠不及國內廠商,在極專業適配這些場景上,還有很多功能需要去實現。

(二)常見實時雲渲染系統
實時雲渲染系統圍繞高負載3D圖形實時交互需求構建,核心採用專屬雲流化串流技術,主流方案可分為四類:
1、廠商自研協議方案。如NVIDIA CloudXR、AMD Cloud Gaming技術等,針對GPU渲染與圖形流傳輸深度定製,適配自家硬件生態;或者類似UE的像素流技術,是適配自家的軟件引擎生態。

2、開源框架方案。如Moonlight(基於NVIDIA GameStream協議)等,可實現遊戲、3D應用的雲端流化。但這類開源框架往往還需要不少深度開發,缺少產品化成熟度,還需要自己基於場景進行打磨。

3、國內多個廠家推出的通用商業解決方案。比如點量雲流、平行雲、3DCat,屬於通用性的實時雲渲染技術,不侷限於某些硬件,也不侷限於UE、Unity等3D引擎,具備非常通用的適配能力。並且對於應用的支持是免侵入式模式,直接就可以通過配置幾分鐘就能使用,方便快捷,更為專業,但需要商業授權。

4、垂直領域的解決方案。比如騰訊雲遊戲、網易雲遊戲,蔚領時代雲遊戲、順網雲網吧等廠商,聚焦雲遊戲、雲網吧的適配。

以上這些實時雲渲染系統普遍具備動態碼率調整、幀預測、GPU資源動態調度等核心能力,且在低延遲交互、高效利用GPU資源等方面相比雲桌面有很大優勢,更能適配雲遊戲、雲設計、雲VR/AR等場景的低延遲、高畫質需求。

二、核心定位:兩種技術的設計初衷截然不同

任何技術的架構設計都圍繞其核心應用場景展開,這是判斷技術適配性的根本前提。傳統遠程桌面技術的誕生,核心目標是解決“遠程辦公場景下的桌面共享與基礎操作”需求——比如員工在家訪問公司內網電腦處理文檔、使用辦公軟件,或者IT人員遠程維護服務器。其設計核心是“保障基礎辦公功能的穩定性與兼容性”,對圖形處理能力、實時交互響應的要求相對寬鬆。

1、交互延遲:實時場景的“致命短板”
對實時雲渲染而言,交互延遲直接決定用户體驗,這是沉浸感/可用性的生命線——雲遊戲中100ms的延遲會導致操作與畫面脱節,3D設計中延遲過高會讓創作“不跟手”,而VR/XR場景更是要求延遲低於50-60ms才能避免眩暈感。傳統遠程桌面協議在延遲控制上存在先天不足:以主流的RDP協議為例,其在普通辦公場景下的延遲通常在40-80ms,面對3D模型瀏覽等簡單圖形場景時延遲會升至80-150ms,若用於實時交互編輯,延遲甚至會超過150ms,完全無法滿足需求。

很多遠程桌面技術,發源於上世紀90年代,當時的帶寬條件是極低帶寬環境,他們很多系統的設計理念和底層架構也更多強調節省帶寬,而不是極低延遲和高畫質。時至今日,即使這些廠商也都在逐步改進調整算法,比如RDP也引入了4:4:4真彩色和H.264編碼,但默認模式仍然不是這種視頻流模式,需要很多配置後才能生效。更不用説在適配這些場景上,往往還需要很多調教和優化、功能。
這種延遲差異的根源在於傳輸機制的底層設計:

在整體流程路徑上:

  • 遠程桌面的設計路徑長,大都採用:應用渲染 -> 系統顯示服務 -> 桌面合成 -> 幀捕獲 -> 編碼 -> 網絡 -> 解碼 -> 顯示。其中“桌面合成”等環節引入額外延遲。
  • 而實時雲渲染追求端到端最短路徑:應用渲染 -> 直接捕獲 -> 編碼 -> 網絡 -> 解碼 -> 顯示。主流方案甚至能做到渲染輸出直接進入編碼器(GPU內存零拷貝),比如點量雲流官方文檔顯示,在服務器編碼環節最低延遲可以做到1ms。並且,對於多併發模式,實時雲渲染行業內,大都將每個用户會話運行在獨立的、無桌面的容器或輕量級CELL中,剝離不必要的GUI開銷。

在傳輸上:

  • 傳統遠程桌面協議多基於TCP傳輸,數據傳輸需經過多次確認。並且有些遠程桌面技術,為了減少帶寬佔用,還對畫面的傳輸做緩存和策略優化,比如極短時間內的多次畫面變化,會先做cache緩存,有些雲桌面技術只傳遞一定時間內鼠標、畫面變化的最後一次合併結果,而不是有變化立即傳輸,這在網絡波動時會進一步放大延遲。
  • 而實時雲渲染採用的專屬協議(如WebRTC、自研低延遲協議)多基於UDP優化,並且減少數據確認環節、優化幀捕獲與編碼鏈路,能將端到端延遲控制在10-50ms,甚至VR場景所需的低於30ms的水平。更關鍵的是,傳統遠程桌面協議未針對圖形渲染的“幀同步”需求優化,而實時雲渲染技術會通過幀預測、動態碼率調整、GPU層畫面截獲等方式,進一步壓縮交互延遲。

筆者選取點量雲流同微軟RDP做對比實測,通過多次實測數據,方法是跑服務器上的毫秒錶,讓二者獲取同一個服務器畫面,通過截圖對比二者的時間差。在局域網環境下,點量雲流客户端比RDP延遲低16-33ms,畫質流暢度更優;公網真實環境(北京服務器-杭州客户機)下,分別基於正常網絡、用軟件做限速、丟包模擬弱網環境進行操作,點量雲流這一實時雲渲染系統(客户端/Web模式)比RDP延遲低30-100ms,平均低60ms左右。測試部分結果如下所示:

2、畫質與編碼效率:無法匹配高負載圖形需求
實時雲渲染場景需要必須無損或視覺無損地傳輸複雜的3D圖形、光影特效,分辨率常達4K/8K。要求傳輸的是高清動態圖形流(如4K分辨率、60幀/秒的遊戲畫面),這對編碼效率和畫質保留能力提出了極高要求。

傳統遠程桌面協議的編碼機制是為“靜態辦公界面”設計的,難以應對高負載圖形傳輸:這類協議為通用辦公設計,多采用有損壓縮,且為降低延遲,可能使用幀間差分等算法。面對高速運動、細節豐富的3D畫面,易產生模糊、塊效應,畫質損失嚴重,或為保畫質而帶寬激增。比如RDP協議受編碼算法限制,在帶寬受限或高負載場景下,為維持連接會主動犧牲畫質,導致畫面模糊、細節丟失,甚至出現明顯的卡頓與跳幀。

與之相對,實時雲渲染採用的編碼技術是“圖形流專屬優化”的——通過H.264/H.265等高效編碼算法,結合“只傳輸像素變化區域”的智能壓縮策略,可能結合視覺無損編碼、內容自適應碼率控制等技術,在有限帶寬下追求最佳畫質。比如近幾年流行數字孿生等高逼真畫質領域,通過超遊戲畫質的3D場景對大模型做展示,傳統RDP方案往往會因畫質損失和卡頓無法滿足需求,而云流技術通過專屬編碼與傳輸優化,可以實現高清視頻流的穩定傳輸,操作響應迅速且無明顯延遲。此外,實時雲渲染還支持根據網絡狀況動態調整分辨率、幀率等參數,平衡畫質與流暢度,這是傳統遠程桌面協議不具備的能力。

3、算力調度:資源利用率與靈活性不足
實時雲渲染的核心優勢之一是“雲端算力的靈活調度”——能夠根據用户的渲染需求,動態分配GPU資源,實現多用户、多應用共享算力,提升資源利用率。而傳統遠程桌面技術的算力調度模式與之相悖:其採用“系統級隔離”的資源分配方式,每個用户會獲得獨立的虛擬機,GPU資源通過虛擬化技術固定分割,分配粒度粗、彈性差,資源利用率差,並且通過GPU虛擬化,還會有性能損耗。

並且,實時雲渲染系統,比如前文提到的點量雲流等系統大都具備了單服務器同時並行運行多個UE、Unity等3D場景實例的併發調度能力。據其官方文檔顯示是採用CELL多開技術(一種類似輕量化docker容器的方式),可以在一台機器隔離方式並行運行多個UE實例,彼此之間的畫面、聲音、鍵盤鼠標等互不干擾,等同於一個超輕量的應用級沙盒,這種資源調度能力幾乎0性能損耗。蔚領時代、騰訊雲遊戲等廠商,也是實現了單服務器運行多個遊戲實例,互不干擾,而不需要雲桌面這種通過虛擬機的重損耗模式。

更關鍵的是,傳統遠程桌面技術未針對GPU渲染任務優化——部分遠程桌面協議(如RDP)甚至不調用GPU,僅依靠CPU進行畫面渲染,面對複雜圖形計算時會瞬間過載。而實時雲渲染採用“應用級隔離”的調度模式,能按渲染任務動態分配GPU資源,支持多應用共享單GPU,資源利用率可提升至85%以上,且能實現秒級彈性伸縮,完美匹配實時渲染場景“按需分配算力”的需求。

三、瓶頸:傳統遠程桌面無法突破低延遲高畫質場景的核心障礙

技術的價值在於適配場景,可以通過下表清晰看到兩種技術的場景適配邊界:

從場景適配來看,傳統遠程桌面技術是“辦公場景的最優解”,而實時雲渲染技術是“高負載實時圖形場景的專屬解”。當應用場景從“處理文檔”轉向“渲染高清動態圖形”,技術選擇的切換就成了必然。

四、結論:技術選擇的本質是適應場景需求

傳統遠程桌面技術並非“落後技術”,而是其設計初衷與架構體系,決定了它無法匹配實時雲渲染對低延遲、高畫質、靈活算力調度的核心需求。實時雲渲染之所以摒棄傳統遠程桌面技術,本質上是“場景需求驅動的技術迭代”——當用户需要的是“實時、高清、沉浸式的圖形交互體驗”時,基於UDP優化的低延遲傳輸協議、高效的圖形編碼算法、動態的GPU算力調度體系,才是更適配的技術選擇。

在選擇雲端圖形處理方案時,核心不是追求“最新技術”,而是明確自身場景的核心需求:若僅需遠程二維軟件辦公,傳統遠程桌面技術足夠高效;若涉及三維可視化展示、雲遊戲、3D設計、VR/XR等實時圖形場景,那麼適配這些場景的實時雲渲染技術,才是保障體驗與效率的關鍵。

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