Muster“集群渲染”系統(tǒng)在動(dòng)漫設(shè)計(jì)中的實(shí)踐性研究

吳星輝

【摘要】隨著數(shù)碼技術(shù)的高速發(fā)展,越來(lái)越多的令人震撼的3D動(dòng)畫(huà)作品出現(xiàn)在大型的電影、卡通、電視和廣告媒體中,不斷地沖擊著人的視線。動(dòng)畫(huà)渲染耗費(fèi)大量時(shí)間己經(jīng)成為影響動(dòng)畫(huà)制作效率的一個(gè)重要因素。因此將集群技術(shù)引入動(dòng)畫(huà)制作領(lǐng)域構(gòu)建集群渲染系統(tǒng),成為了解決動(dòng)畫(huà)制作瓶頸、提高渲染工作效率的必要手段。

【關(guān)鍵詞】Muster;集群渲染;動(dòng)漫;效率

隨著數(shù)碼技術(shù)的高速發(fā)展,越來(lái)越多的令人震撼的3D動(dòng)畫(huà)作品出現(xiàn)在大型的電影、卡通、電視和廣告媒體中,不斷地沖擊著人的視線。人們對(duì)視覺(jué)欣賞的要求越來(lái)越高,為了使動(dòng)畫(huà)作品更加完美逼真,往往需要更精細(xì)的藝術(shù)造型創(chuàng)作、更方便的制作軟件、更快捷的計(jì)算速度、更有效的設(shè)備。

數(shù)字媒體內(nèi)容創(chuàng)作產(chǎn)業(yè)的興起,促進(jìn)了3D動(dòng)畫(huà)產(chǎn)業(yè)基地迅速發(fā)展?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)外出現(xiàn)了很多基于RenderMan、mentalray等集群渲染系統(tǒng)。如Pixar公司開(kāi)發(fā)的Alfred網(wǎng)絡(luò)集群渲染管理系統(tǒng),配合相應(yīng)插件,能夠?qū)χ髁?D動(dòng)畫(huà)軟件使用多種渲染器進(jìn)行智能化的網(wǎng)絡(luò)集群渲染。中央電視臺(tái)使用了一套由100臺(tái)HP主機(jī)組成的并行集群渲染系統(tǒng),它使用 TurboLinux操作系統(tǒng),采用 PlatformLSFS和EnFuzion集群管理軟件進(jìn)行任務(wù)的管理和調(diào)度。湖南國(guó)家數(shù)字媒體技術(shù)產(chǎn)業(yè)化基地三維集群渲染系統(tǒng)擁有100個(gè)CPU,采用Deadline渲染管理軟件和mentalray渲染軟件,支持3dsMax、Maya等制作軟件。常州國(guó)家動(dòng)畫(huà)產(chǎn)業(yè)基地二期三維動(dòng)畫(huà)制作軟件和集群渲染系統(tǒng)主要使用Maya和 3dsMax,以及Muster搭建而成。此集群渲染系統(tǒng)使用Muster軟件管理渲染分發(fā)任務(wù),可以精確控制到每個(gè)CPU的工作,可以渲染運(yùn)行的中途添加和減少參與運(yùn)算的CPU數(shù)量。

在動(dòng)畫(huà)制作過(guò)程中,完成動(dòng)畫(huà)建模和動(dòng)畫(huà)設(shè)定完成以后,需要對(duì)所有的場(chǎng)景進(jìn)行渲染(render),以得到高質(zhì)量的畫(huà)面。然而,對(duì)復(fù)雜的場(chǎng)景和特效進(jìn)行渲染著色,是一個(gè)及其耗時(shí)的過(guò)程。一個(gè)大型的動(dòng)畫(huà)項(xiàng)目,渲染工作計(jì)算量非常之大,過(guò)去一般都采用專(zhuān)門(mén)的圖形工作站來(lái)完成。單一的工作站在將一個(gè)復(fù)雜的場(chǎng)景渲染成動(dòng)畫(huà)的時(shí)候,往往需要數(shù)天的時(shí)間,而在這渲染期間,動(dòng)畫(huà)師卻不能繼續(xù)他們的工作。使用工作站進(jìn)行渲染的同時(shí),也就意味著動(dòng)畫(huà)的制作必然伴隨著高昂的成本。因此動(dòng)畫(huà)制作領(lǐng)域需要迫切解決的一個(gè)問(wèn)題就是如何利用現(xiàn)有資源,提高動(dòng)畫(huà)制作的效率,降低動(dòng)畫(huà)制作的成本。

然總體而言,在高職3D動(dòng)畫(huà)專(zhuān)業(yè)教學(xué)的過(guò)程中,還存在著動(dòng)畫(huà)作品后期渲染的瓶頸問(wèn)題,所采用的系統(tǒng)過(guò)于單一、簡(jiǎn)單、程式化。從而,導(dǎo)致資源、成本、時(shí)間的浪費(fèi),基本使用單機(jī)服務(wù)器,集群渲染往往是通過(guò)手工或簡(jiǎn)單的自動(dòng)分配來(lái)完成某些特定的渲染工作的,從而限制了專(zhuān)業(yè)的發(fā)展模式,導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的單一,使專(zhuān)業(yè)的“產(chǎn)、學(xué)、研”嚴(yán)重脫節(jié)。

Muster是一套為管理復(fù)雜多平臺(tái)集群渲染系統(tǒng)而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的應(yīng)用程序。在數(shù)字內(nèi)容創(chuàng)造產(chǎn)業(yè)中,那些完全或部分專(zhuān)門(mén)用于創(chuàng)建數(shù)字圖像的一組計(jì)算機(jī)被稱之為集群渲染系統(tǒng)。渲染是在3D動(dòng)畫(huà)和ZD合成中最典型的步驟,同時(shí)也是典型的計(jì)算密集型任務(wù)—渲染一張圖片往往需要幾十分鐘到幾個(gè)小時(shí)的時(shí)間。在視頻或者是動(dòng)畫(huà)制作中,加上幾分鐘的數(shù)字特效,即使使用多臺(tái)計(jì)算機(jī),整個(gè)渲染時(shí)間也將可能是數(shù)周甚至是數(shù)月。將某個(gè)任務(wù)的圖像序列渲染任務(wù)分配給一組計(jì)算機(jī)以減少渲染時(shí)間并跟蹤他們的狀態(tài)和管理中間出現(xiàn)的錯(cuò)誤是一件非常復(fù)雜的事情。

多數(shù)集群渲染系統(tǒng)目前可以很好的支持 3dsMax、Maya等軟件設(shè)計(jì)模型的渲染工作。使用集群渲染能夠大大節(jié)省渲染時(shí)間、減輕渲染勞動(dòng)強(qiáng)度,同時(shí)能夠?yàn)楦咝实赝瓿珊罄m(xù)合成工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。這在大型動(dòng)畫(huà)項(xiàng)目等多媒體制作領(lǐng)域作用尤為明顯。集群渲染系統(tǒng)從硬件上看,包括渲染服務(wù)器集群、分發(fā)管理服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)、存儲(chǔ)子系統(tǒng)等部分;從節(jié)點(diǎn)類(lèi)型來(lái)看,包括計(jì)算節(jié)點(diǎn)、管理節(jié)點(diǎn)、存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)等。①管理節(jié)點(diǎn),管理節(jié)點(diǎn)主要完成兩項(xiàng)工作,一是對(duì)渲染作業(yè)進(jìn)行調(diào)度和管理,二是為計(jì)算節(jié)點(diǎn)提供基本的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。一般集群渲染管理系統(tǒng)的管理端運(yùn)行在該節(jié)點(diǎn)上。②計(jì)算節(jié)點(diǎn)是整個(gè)集群渲染系統(tǒng)的計(jì)算核心,它的功能就是執(zhí)行計(jì)算。實(shí)際渲染任務(wù)就是在計(jì)算節(jié)點(diǎn)上完成的。通常集群渲染管理系統(tǒng)的渲染客戶端運(yùn)行在該類(lèi)節(jié)點(diǎn)上。計(jì)算節(jié)點(diǎn)可以是多種平臺(tái)、多種配置的機(jī)器。一般來(lái)說(shuō),為提高渲染效率,多處理器節(jié)點(diǎn)具有更快的渲染速度和更高的性價(jià)比。③存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)主要是為計(jì)算節(jié)點(diǎn)和管理節(jié)點(diǎn)進(jìn)行大量數(shù)據(jù)FO而設(shè)置的。集群渲染系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中,需要頻繁讀取各種場(chǎng)景、貼圖、材質(zhì)等文件,同時(shí)還會(huì)生成大量的圖片序列,因此,存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)必須能夠外掛大容量磁盤(pán)陣列以滿足工作需要,負(fù)責(zé)整個(gè)集群渲染系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享、文件存儲(chǔ)管理。集群渲染系統(tǒng)采用分布式渲染技術(shù),系統(tǒng)將自動(dòng)確定網(wǎng)絡(luò)中可用的渲染節(jié)點(diǎn)和資源,并將任務(wù)按照需求分發(fā)到相應(yīng)渲染節(jié)點(diǎn)。如果某一個(gè)渲染節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障,管理服務(wù)器會(huì)自動(dòng)將作業(yè)重新分發(fā)到渲染集群中的其他渲染節(jié)點(diǎn),確保渲染作業(yè)如期完成。

Muster就是專(zhuān)門(mén)為解決這一問(wèn)題而產(chǎn)生的。Muster是一套基于clien燈server模式的應(yīng)用程序,它可以提供對(duì)多達(dá)數(shù)百臺(tái)計(jì)算機(jī)組成的集群渲染系統(tǒng)的監(jiān)視管理。Muster依賴于server/client構(gòu)架,它包括一個(gè)集中化的、安裝在基于Microsoft的計(jì)算機(jī)(NT/2000/XP)之上的服務(wù)器模塊,和多個(gè)多平臺(tái)的客戶端模塊。它有以下優(yōu)勢(shì)①易用性,軟件的部署和使用十分方便。這也是很多用戶都選擇Muster的原因。②動(dòng)態(tài)性Muster所管理的整個(gè)集群渲染系統(tǒng)是一個(gè)整體的系統(tǒng)。可以從集群渲染系統(tǒng)上連接或斷開(kāi)機(jī)器,不需要中斷渲染程序。③跨平臺(tái)性,Muster能夠支持多種平臺(tái)的渲染客戶端?？蛻舳丝梢园惭b在不同的平臺(tái)上,支持WindowsNT/2000/X衛(wèi)、 RedhatLinux、 SGIIrix、 MacintoshOSX。但是這種跨平臺(tái)渲染軟件本身的支持,因而這種“跨平臺(tái)”是有條件的跨平臺(tái)。④多引擎支持Alias}WavefrontMaya4.0,4.5以及5.0,Softimage}3D,Softimage}XSI,Ne,比ekLightwave,3DStudioMax6.0,APPleshake,AdobeAfterEffeets6.0,mentalrayfo:Maya或standafone等多種渲染引擎。⑤單幀圖像協(xié)同渲染Muster4.0可以使用某些引擎的區(qū)域渲染功能,通過(guò)多臺(tái)機(jī)器共同對(duì)同一個(gè)動(dòng)漫圖像進(jìn)行渲染.

Muster “集群渲染”系統(tǒng)在動(dòng)漫設(shè)計(jì)實(shí)踐中它有以下研究意義:

(1)Muster “集群渲染”系統(tǒng)為高職3D動(dòng)畫(huà)專(zhuān)業(yè)教學(xué)開(kāi)拓了新領(lǐng)域

Muster“集群渲染”系統(tǒng)它可以提供對(duì)多達(dá)數(shù)百臺(tái)計(jì)算機(jī)組成的集群渲染系統(tǒng)的監(jiān)視管理。使得大規(guī)模的動(dòng)畫(huà)渲染任務(wù)變得容易管理。在數(shù)字內(nèi)容創(chuàng)造產(chǎn)業(yè)中,那些完全或部分專(zhuān)門(mén)用于創(chuàng)建數(shù)字圖像的一組計(jì)算機(jī)稱之為集群渲染系統(tǒng)。渲染是在3D動(dòng)畫(huà)和2D合成中最典型的步驟,同時(shí)也是典型的計(jì)算密集型任務(wù)——-渲染一張圖片往往需要幾十分鐘到幾個(gè)小時(shí)的時(shí)間。在視頻或者是動(dòng)畫(huà)制作中,加上幾分鐘的數(shù)字特效,即使使用多臺(tái)計(jì)算機(jī),整個(gè)渲染時(shí)間也將可能是數(shù)周甚至是數(shù)月,Muster就是專(zhuān)門(mén)為解決這一問(wèn)題而產(chǎn)生的。Muster“集群渲染”系統(tǒng)使用簡(jiǎn)單、功能豐富、有較好的穩(wěn)定性和靈活性。同時(shí),也為高職院校3D動(dòng)畫(huà)專(zhuān)業(yè)教學(xué)帶來(lái)了新的發(fā)展方向,使得渲染一張圖片和視頻由原來(lái)數(shù)周甚至是數(shù)月的時(shí)間縮短到幾分鐘、幾小時(shí)結(jié)束變得可能。因此,對(duì)Muster “集群渲染”系統(tǒng)的研究具有極高的學(xué)術(shù)價(jià)值。