Muster“集群渲染”系統在動漫設計中的實踐性研究

吳星輝

【摘要】隨著數碼技術的高速發展,越來越多的令人震撼的3D動畫作品出現在大型的電影、卡通、電視和廣告媒體中,不斷地沖擊著人的視線。動畫渲染耗費大量時間己經成為影響動畫制作效率的一個重要因素。因此將集群技術引入動畫制作領域構建集群渲染系統,成為了解決動畫制作瓶頸、提高渲染工作效率的必要手段。

【關鍵詞】Muster;集群渲染;動漫;效率

隨著數碼技術的高速發展,越來越多的令人震撼的3D動畫作品出現在大型的電影、卡通、電視和廣告媒體中,不斷地沖擊著人的視線。人們對視覺欣賞的要求越來越高,為了使動畫作品更加完美逼真,往往需要更精細的藝術造型創作、更方便的制作軟件、更快捷的計算速度、更有效的設備。

數字媒體內容創作產業的興起,促進了3D動畫產業基地迅速發展?，F在國內外出現了很多基于RenderMan、mentalray等集群渲染系統。如Pixar公司開發的Alfred網絡集群渲染管理系統,配合相應插件,能夠對主流3D動畫軟件使用多種渲染器進行智能化的網絡集群渲染。中央電視臺使用了一套由100臺HP主機組成的并行集群渲染系統,它使用 TurboLinux操作系統,采用 PlatformLSFS和EnFuzion集群管理軟件進行任務的管理和調度。湖南國家數字媒體技術產業化基地三維集群渲染系統擁有100個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。常州國家動畫產業基地二期三維動畫制作軟件和集群渲染系統主要使用Maya和 3dsMax,以及Muster搭建而成。此集群渲染系統使用Muster軟件管理渲染分發任務,可以精確控制到每個CPU的工作,可以渲染運行的中途添加和減少參與運算的CPU數量。

在動畫制作過程中,完成動畫建模和動畫設定完成以后,需要對所有的場景進行渲染(render),以得到高質量的畫面。然而,對復雜的場景和特效進行渲染著色,是一個及其耗時的過程。一個大型的動畫項目,渲染工作計算量非常之大,過去一般都采用專門的圖形工作站來完成。單一的工作站在將一個復雜的場景渲染成動畫的時候,往往需要數天的時間,而在這渲染期間,動畫師卻不能繼續他們的工作。使用工作站進行渲染的同時,也就意味著動畫的制作必然伴隨著高昂的成本。因此動畫制作領域需要迫切解決的一個問題就是如何利用現有資源,提高動畫制作的效率,降低動畫制作的成本。

然總體而言,在高職3D動畫專業教學的過程中,還存在著動畫作品后期渲染的瓶頸問題,所采用的系統過于單一、簡單、程式化。從而,導致資源、成本、時間的浪費,基本使用單機服務器,集群渲染往往是通過手工或簡單的自動分配來完成某些特定的渲染工作的,從而限制了專業的發展模式,導致教學內容和教學方法的單一,使專業的“產、學、研”嚴重脫節。

Muster是一套為管理復雜多平臺集群渲染系統而專門設計的應用程序。在數字內容創造產業中,那些完全或部分專門用于創建數字圖像的一組計算機被稱之為集群渲染系統。渲染是在3D動畫和ZD合成中最典型的步驟,同時也是典型的計算密集型任務—渲染一張圖片往往需要幾十分鐘到幾個小時的時間。在視頻或者是動畫制作中,加上幾分鐘的數字特效,即使使用多臺計算機,整個渲染時間也將可能是數周甚至是數月。將某個任務的圖像序列渲染任務分配給一組計算機以減少渲染時間并跟蹤他們的狀態和管理中間出現的錯誤是一件非常復雜的事情。

多數集群渲染系統目前可以很好的支持 3dsMax、Maya等軟件設計模型的渲染工作。使用集群渲染能夠大大節省渲染時間、減輕渲染勞動強度,同時能夠為高效率地完成后續合成工作打下了堅實的基礎。這在大型動畫項目等多媒體制作領域作用尤為明顯。集群渲染系統從硬件上看,包括渲染服務器集群、分發管理服務器、網絡子系統、存儲子系統等部分;從節點類型來看,包括計算節點、管理節點、存儲節點等。①管理節點,管理節點主要完成兩項工作,一是對渲染作業進行調度和管理,二是為計算節點提供基本的網絡服務。一般集群渲染管理系統的管理端運行在該節點上。②計算節點是整個集群渲染系統的計算核心,它的功能就是執行計算。實際渲染任務就是在計算節點上完成的。通常集群渲染管理系統的渲染客戶端運行在該類節點上。計算節點可以是多種平臺、多種配置的機器。一般來說,為提高渲染效率,多處理器節點具有更快的渲染速度和更高的性價比。③存儲節點存儲節點主要是為計算節點和管理節點進行大量數據FO而設置的。集群渲染系統在運行過程中,需要頻繁讀取各種場景、貼圖、材質等文件,同時還會生成大量的圖片序列,因此,存儲節點必須能夠外掛大容量磁盤陣列以滿足工作需要,負責整個集群渲染系統的數據共享、文件存儲管理。集群渲染系統采用分布式渲染技術,系統將自動確定網絡中可用的渲染節點和資源,并將任務按照需求分發到相應渲染節點。如果某一個渲染節點出現故障,管理服務器會自動將作業重新分發到渲染集群中的其他渲染節點,確保渲染作業如期完成。

Muster就是專門為解決這一問題而產生的。Muster是一套基于clien燈server模式的應用程序,它可以提供對多達數百臺計算機組成的集群渲染系統的監視管理。Muster依賴于server/client構架,它包括一個集中化的、安裝在基于Microsoft的計算機(NT/2000/XP)之上的服務器模塊,和多個多平臺的客戶端模塊。它有以下優勢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動態性Muster所管理的整個集群渲染系統是一個整體的系統。可以從集群渲染系統上連接或斷開機器,不需要中斷渲染程序。③跨平臺性,Muster能夠支持多種平臺的渲染客戶端?？蛻舳丝梢园惭b在不同的平臺上,支持WindowsNT/2000/X衛、 RedhatLinux、 SGIIrix、 MacintoshOSX。但是這種跨平臺渲染軟件本身的支持,因而這種“跨平臺”是有條件的跨平臺。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單幀圖像協同渲染Muster4.0可以使用某些引擎的區域渲染功能,通過多臺機器共同對同一個動漫圖像進行渲染.

Muster “集群渲染”系統在動漫設計實踐中它有以下研究意義:

(1)Muster “集群渲染”系統為高職3D動畫專業教學開拓了新領域

Muster“集群渲染”系統它可以提供對多達數百臺計算機組成的集群渲染系統的監視管理。使得大規模的動畫渲染任務變得容易管理。在數字內容創造產業中,那些完全或部分專門用于創建數字圖像的一組計算機稱之為集群渲染系統。渲染是在3D動畫和2D合成中最典型的步驟,同時也是典型的計算密集型任務——-渲染一張圖片往往需要幾十分鐘到幾個小時的時間。在視頻或者是動畫制作中,加上幾分鐘的數字特效,即使使用多臺計算機,整個渲染時間也將可能是數周甚至是數月,Muster就是專門為解決這一問題而產生的。Muster“集群渲染”系統使用簡單、功能豐富、有較好的穩定性和靈活性。同時,也為高職院校3D動畫專業教學帶來了新的發展方向,使得渲染一張圖片和視頻由原來數周甚至是數月的時間縮短到幾分鐘、幾小時結束變得可能。因此,對Muster “集群渲染”系統的研究具有極高的學術價值。