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动漫渲染

动漫渲染,是动漫制作的核心环节之一。它基于一套完整的程序进行计算,从而通过模型、光线、材质、阴影等元素的组合设定,将动漫设计转化为具体图像,一般包括获取模型、设定摄像机、照明方案、材质纹理和阴影等5个流程。动漫渲染是实现创意和前期设计构想的关键环节,直接决定动漫作品的视觉效果,高水平的渲染可以细致地显示出材质纹理和光景效果,使形象更加生动逼真。

动漫渲染大体上包括5个流程:获取模型(调入需要的场景和角色模型)、设定摄像机(包括摄像机的机位、景深、焦距,以及最终图像的输出分辨率、格式)、照明方案(设置灯光参数)、材质纹理(物体表面的材质特征及纹理贴图,包括颜色、透明、反射、光泽等)、阴影,高水平的渲染可以细致地显示出材质纹理和光影效果,使形象生动逼真。

众所周知渲染在整个动画生产环节中意味着什么,高品质的画面是每一个创作者共同追求, 当项目风格确定后,角色设定,分镜脚本,set up测试,特效测试和渲染测试都将同期开展,这时渲染部门要做的工作有:找一些模型来设置灯光色彩(将片中所涉及到的时间段(比如黄昏,傍晚,黎明...)尽量都测试一遍;计划应该使用的渲染图层;估算渲染周期;和后期合成部门商讨渲染方案;设定在什么情况下使用什么渲染器;根据上述内容,做一份详细的渲染计划表。

做这些工作的目的如下:

目的1:得到一套和渲染相关的数据上报制片部门,便于项目统筹;

目的2:给可能加入的新的渲染工作人员一套可参考数据,能让他很快上手工作;

目的3:公司存档备案,给日后提升工作效率提供依据。

在做渲染测试时,我们应该考虑的就是如何更好的达到项目风格要求,目前就国内外市场整体情况来看,被大家广为接受的动画风格分为:纯二维动画(《死神》《火影忍者》),纯三维动画(《料理鼠王》),二维式三维动画(如:《小马王》),二维+三维动画(《苹果核战记》)几类,画面色彩倾向:亮丽、鲜明唯美;单色、冷艳干脆;阴暗、灰调低沉。

跟美国、日本等动漫大国相比,我国动漫产业还处于初级发展阶段,产业分工十分粗糙,动漫制作和渲染没有完全分开,规模小,应用杂,手工操作、人工管理还普遍存在,几乎处于"刀耕火种"的状态。总的来说,动漫渲染领域还存在以下一些应用痛点:

1)"共用平台"的特殊定位:由于动漫公司普遍缺乏规模,所以中国当前的渲染平台还是以公用的渲染制作平台为主,这主要以全国各个动漫基地的公共平台为代表,通常是一方出资兴建,出租给企业使用。另外,从全球动漫产业链定位来看,中国作为"外包加工厂",也需要应对来自欧美等市场多种不同要求的渲染项目。 这些决定了我国的渲染平台需要有很强的集成性、适应性和灵活性,这与美国有很大不同。美国的渲染平台,比如迪斯尼和好莱坞一些影视公司,基本都是自建自用的,相对比较固定,不需要在上面运行多种软件,更加强调系统的安全性和可靠性。

2)系统复杂,管理困难:共用的渲染生产线远远超出了一般平台的复杂性。首先是渲染软件的复杂性,不同的渲染任务需要不同的渲染软件以及对应插件,比如Maya主要用来做影视特效,3ds Max则用于游戏以及建筑动画表现形式的制作。而不同软件,以及同一软件的不同版本对应的插件都不一样,甚至相互冲突,为一个任务匹配合适的软件及插件需要较为专业的人员;其次,硬件管理的复杂性,渲染集群通常会有四路、双路等不同类型服务器,也会有GPU和CPU的不同计算类型。对渲染应用而言,即便是同属于X86架构的AMD与Intel也是异构设备,因为不同的处理器渲染的图片色差十分严重。

3)各区域资源分配不均:在经济较发达地区,大部分的动漫渲染平台闲置率居高不下,而同时在经济欠发达地区,硬件设备和教育资源的欠缺又限制其文化产业的发展。

4)原始的渲染作业管理:渲染行业还处于"除了渲染是自动化的以外,其余的都是人工"的状态,渲染任务提交和返还用硬盘拷、渲染资源的人工分配的情况还比较普遍,渲染用户对于渲染过程无法直接监控,平台管理运营还停留在以人工为主的原始操作。

5)知识产权安全得不到保障:现在用户提交渲染任务普遍是通过移动存储设备拷入或者远程FTP提交,然后再由渲染平台工作人员分配到制定的渲染平台上,动漫渲染完成后也是以这种模式返还用户手中,过程中用户提交的各个渲染任务都没有得到保护,被剽窃、拷贝走随时有可能发生。

随着3D、4D电影的兴起和高清动漫趋热,动漫渲染的运算量呈几何倍数增长,由高

性能计算(HPC)集群构成的"渲染农场"成为大规模动漫制作的主流选择。

在渲染过程中,无论是3D动画软件还是2D图像合成都需要耗费大量的渲染时间。如果用工作站(单路双核处理器)承担渲染工作,一部2K分辨率的普通CG电影,渲染时间大约在每帧1小时左右,如果要达到4K、6K的高清分辨率,一帧画面的渲染时间可能在10小时以上。而且,在渲染计算过程中制作人员无法使用工作站进行其他工作。

渲染农场高性能计算集群为基础,将海量的渲染任务分割成若干份,交由网络中分布的多台服务器共同运算,最终存储到一个指定的目录里,由制作人员调用。在上述案例中,假设用单台工作站(单路双核处理器)进行渲染,采用2K分辨率,如果每帧渲染时间在2个小时左右,则仅仅一分钟的电影就需要120天的渲染时间!而如果采用渲染农场,将一分钟的渲染任务分发到60台服务器(双路四核处理器)上,12小时左右就可以完成工作,而且不会占用制作时间。

再以《玩具总动员》为例,如果仅使用一台电脑(单一处理器),这部长达77分钟的影片的渲染时间将会是43年,而采用集群渲染系统,只需约80天。

我国高性能计算技术的快速发展和应用,为我国动漫产业的兴起和兴旺带来了强劲的助推动力。浪潮是国内最早涉足高性能计算的厂商之一,经过多年市场实践和不断的技术创新,浪潮形成了以天梭TS10000和浪潮倚天为代表的高性能集群系统和桌面超算产品,为不同规模的动漫应用提供了多样化的平台选择。浪潮天梭TS10000高性能计算集群,已经成为承载超大规模、超高性能科学计算的优质平台,在资源勘探、科学研究和动漫渲染等领域有着广泛应用;浪潮"倚天"是国内首款采用"CPU+GPU"协同计算架构的万亿次桌面超级计算机,使中小科研机构和动漫工作室在低成本下应用高性能计算成为可能。

针对国内动漫用户"一机多用"等应用特点,浪潮作为优秀的IT方案提供商,为动漫生产从前期设计到中后期制作的全业务流程,打造了涵盖测试、部署优化以及运维的整体解决方案,用户在不同环节遇到的存储、I/O、软件兼容性问题将得到一体化解决,高性能计算集群的应用效能将得到最大化发挥。其中,在加强"软实力"方面,浪潮为用户提供集合了渲染引擎、3D动画制作软件和相关插件在内的软件包,并通过自主设计的天梭监管软件EffiScale实现整个系统的智能化管控。

随着云计算这一新兴技术的诞生和逐渐成熟,信息技术引领者逐步开始了云计算在动漫渲染领域应用实践。作为国内最大规模的IT产品和服务厂商之一,浪潮首度提出"渲染云"解决方案,帮助动漫企业实现从传统的集群渲染到渲染云的应用提升。渲染云是一种基于网络的渲染服务提供方式,让用户以Web界面、全自主的完成各种渲染任务。从后台看,渲染云需要整合大量的异构硬件、渲染软件插件,并且将多个渲染平台进行协同管理,实现资源的按需分配、按量计费。

浪潮"渲染云"主要解决了产业的两大应用问题:一是渲染任务以及异构软硬件资源的自动化管理,实现不同渲染集群、甚至跨Internet不同数据中心之间的渲染任务的均衡分配和管理,提高渲染资源利用效率及投资回报率;二是渲染客户的远程自助服务,终端客户只需要通过Web就可以享受到任务提交、任务进度查看和收费情况等全程服务。在引入这一模式后,渲染业务将简化成三个步骤:客户在线提交任务,渲染云管理中心调度资源进行计算,双方在线进行业务结算。

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