曹永正

天津美術(shù)學(xué)院 天津 300141

網(wǎng)絡(luò)集群渲染實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)

曹永正

天津美術(shù)學(xué)院 天津 300141

目前集群渲染已經(jīng)成為動(dòng)漫、建筑、工業(yè)等多媒體制作所依賴的不可缺少的重要環(huán)節(jié),我院根據(jù)形勢(shì)需要,建設(shè)網(wǎng)絡(luò)集群渲染實(shí)驗(yàn)室,搭建“產(chǎn)、學(xué)、研”一體化創(chuàng)新平臺(tái),創(chuàng)造有利條件,解決教學(xué)、科研和社會(huì)服務(wù)等多方面的問(wèn)題。

動(dòng)漫；三維；集群渲染；實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

Abstract: Nowadays cluster rendering has become an important and indispensable segment in the animation, architecture, industry and multimedia production, according to the situation requirement, we construct a network cluster rendering laboratory and build an integrative and innovative platform of “product, study and research”, to create favorable conditions and solve the issues coming from teaching, research, social services and etc.

Key words: animation; three-dimension; cluster rendering; laboratory construction

中國(guó)的動(dòng)漫產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢(shì)頭迅猛,2009年國(guó)務(wù)院出臺(tái)的《文化產(chǎn)業(yè)振興規(guī)劃》標(biāo)志著文化產(chǎn)業(yè)已經(jīng)上升為國(guó)家的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè),而動(dòng)漫產(chǎn)業(yè)列入國(guó)家八大重點(diǎn)發(fā)展的文化產(chǎn)業(yè)門類之一。天津擁有全國(guó)最大的動(dòng)漫產(chǎn)業(yè)基地—國(guó)家動(dòng)漫產(chǎn)業(yè)綜合示范園,著力打造成為中國(guó)動(dòng)漫版圖上的新地標(biāo),文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展,將成為支撐中國(guó)第三增長(zhǎng)極的重要?jiǎng)?chuàng)新極。

在動(dòng)漫創(chuàng)作以及影視制作、游戲、廣告、工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)等創(chuàng)作過(guò)程中,其圖形圖像渲染的過(guò)程對(duì)設(shè)備硬件、機(jī)器的運(yùn)算速度要求非常高,一般的計(jì)算機(jī)難以勝任。網(wǎng)絡(luò)集群渲染系統(tǒng)由很多渲染節(jié)點(diǎn)組成,采用先進(jìn)的分布式渲染技術(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,同時(shí)將任務(wù)分解到相應(yīng)渲染節(jié)點(diǎn),借助其強(qiáng)大的渲染能力來(lái)完成最終作品。通過(guò)此設(shè)備進(jìn)行分布式計(jì)算,僅使用原來(lái)幾十分之一,甚至是幾百分之一的時(shí)間,大大提高工作效率。

我院現(xiàn)有現(xiàn)代藝術(shù)學(xué)院動(dòng)漫專業(yè),設(shè)計(jì)藝術(shù)學(xué)院工業(yè)設(shè)計(jì)、環(huán)境設(shè)計(jì)、視覺(jué)媒體等專業(yè)對(duì)圖形圖像的渲染需求比較高,現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)設(shè)備已經(jīng)滿足不了實(shí)際需求,所以,組建先進(jìn)、穩(wěn)定、開(kāi)放、成熟又有拓展研究性的、易維護(hù)和易管理的多媒體數(shù)字渲染平臺(tái),建設(shè)網(wǎng)絡(luò)集群渲染實(shí)驗(yàn)室勢(shì)在必行。

1 建設(shè)集群渲染實(shí)驗(yàn)室的必要性

1.1 大背景下的實(shí)際需求

我院是全國(guó)美術(shù)院校中具有較大影響力的藝術(shù)院校,歷史積淀濃厚,在服務(wù)區(qū)域經(jīng)濟(jì)、文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面,扮演著重要角色。我院在創(chuàng)新人才培養(yǎng),科研創(chuàng)作,社會(huì)服務(wù)方面,應(yīng)當(dāng)把握當(dāng)前難得的歷史發(fā)展機(jī)遇,緊緊圍繞服務(wù)區(qū)域經(jīng)濟(jì),文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在天津建設(shè)全國(guó)最大的動(dòng)漫產(chǎn)業(yè)基地,打造文化創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)方面新標(biāo)桿的大背景下,我院建設(shè)渲染實(shí)驗(yàn)室,打造教學(xué)、科研、產(chǎn)業(yè)服務(wù)一體化平臺(tái),是非常有實(shí)際意義的。

1.2 與主流產(chǎn)業(yè)制作流程保持一致

渲染是圖形圖像制作中的必要環(huán)節(jié),也是知識(shí)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品或生產(chǎn)力最直接的環(huán)節(jié),為了提升產(chǎn)出效率,節(jié)約開(kāi)發(fā)成本,已經(jīng)有越來(lái)越多的企事業(yè)或科研單位開(kāi)始使用集群渲染系統(tǒng),該系統(tǒng)乃至配套軟件逐漸成為行業(yè)主流制作流程中的標(biāo)準(zhǔn)配置。因此,學(xué)習(xí)、掌握并熟練應(yīng)用渲染系統(tǒng),有助于師生對(duì)整個(gè)行業(yè)制作流程的了解與掌握,使我院教學(xué)與行業(yè)制作流程的主流相吻合。

1.3 解決現(xiàn)實(shí)需要

隨著數(shù)字化生產(chǎn)越來(lái)越廣,我院教師、學(xué)生參與社會(huì)上動(dòng)漫、三維設(shè)計(jì)等科研項(xiàng)目越來(lái)越多,在學(xué)院正常的教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)中,動(dòng)漫專業(yè)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、環(huán)藝設(shè)計(jì)等大型三維設(shè)計(jì)課程隨時(shí)需要圖形圖像的渲染。這些項(xiàng)目的規(guī)模,都不是簡(jiǎn)單的幾臺(tái)電腦搭個(gè)簡(jiǎn)易的渲染環(huán)境就能解決的,需要專業(yè)的渲染環(huán)境和渲染設(shè)備,才能從根本上解決如生產(chǎn)成本、使用效率、利用方便等多方面的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。

2 集群渲染系統(tǒng)規(guī)劃和設(shè)計(jì)

方案拓?fù)淙鐖D1所示：

圖1 天津美術(shù)學(xué)院集群渲染系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

網(wǎng)絡(luò)集群渲染系統(tǒng)主要有渲染服務(wù)器,文件分發(fā)服務(wù)器,中央存儲(chǔ)系統(tǒng),渲染管理軟件等組成。

2.1 渲染服務(wù)器

我們選擇的是刀片服務(wù)器,刀片服務(wù)器具有低功耗、空間小、單機(jī)售價(jià)低等特點(diǎn),同時(shí)它還繼承發(fā)揚(yáng)了傳統(tǒng)服務(wù)器的一些技術(shù)指標(biāo),比如把熱插拔和冗余技術(shù)運(yùn)用到刀片服務(wù)器之中,這些設(shè)計(jì)滿足了密集計(jì)算環(huán)境對(duì)服務(wù)器性能的需求；還可以通過(guò)負(fù)載均衡技術(shù),有效地提高服務(wù)器的穩(wěn)定性和核心網(wǎng)絡(luò)性能。而從外表看,與傳統(tǒng)的機(jī)架/塔式服務(wù)器相比,刀片服務(wù)器能夠最大限度地節(jié)約服務(wù)器的使用空間和費(fèi)用,并為用戶提供靈活、便捷的擴(kuò)展升級(jí)手段。

2.2 管理和任務(wù)分發(fā)服務(wù)器

主要承擔(dān)2種任務(wù),提供基本的網(wǎng)絡(luò)服務(wù),調(diào)度渲染服務(wù)器上的任務(wù)。

2.3 中央存儲(chǔ)器

集群渲染系統(tǒng)需要連接海量存儲(chǔ)以保存渲染出來(lái)的電影序列,渲染1小時(shí)的高清序列大概需要1TB左右的存儲(chǔ)空間,但是還要材質(zhì)、貼圖以及場(chǎng)景和粒子緩存文件等大量數(shù)據(jù)需要放到中央存儲(chǔ)上。中央存儲(chǔ)需要文件服務(wù)器來(lái)管理文件數(shù)據(jù)和訪問(wèn)權(quán)限,并且使用可選的方案來(lái)拓展帶寬空間。整套集群渲染系統(tǒng)部署在42U工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜中,通過(guò)千兆網(wǎng)絡(luò)連接各個(gè)服務(wù)器。

2.4 渲染管理軟件

考慮到我院學(xué)科特色和專業(yè)設(shè)置情況,需要管理軟件的兼容性好,穩(wěn)定性高,使用方便,維護(hù)成本低等特性,我們選用了最成熟的分布式并行計(jì)算解決方案之一的EnFuzion,專門針對(duì)動(dòng)畫影視行業(yè)的EnFuzion for Render Farm作為集群渲染管理軟件,其專門為CG用戶設(shè)計(jì),可以直接在Maya,3ds max,XSI等動(dòng)畫軟件內(nèi)部采用很簡(jiǎn)單的方式提交動(dòng)畫工程到服務(wù)器進(jìn)行渲染。

3 實(shí)驗(yàn)室功能定位

3.1 培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力

一直以來(lái),學(xué)生注重理論,疏于動(dòng)手的局面沒(méi)有完全有效解決,其中有部分原因是缺乏動(dòng)手實(shí)踐的環(huán)境,換句話說(shuō),就是沒(méi)有可以去動(dòng)手實(shí)踐操作的機(jī)會(huì),作為藝術(shù)類高校,實(shí)踐性是其專業(yè)特性,我們應(yīng)該創(chuàng)造條件,搭建這類平臺(tái),滿足學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐操作需求。

通過(guò)在集群渲染實(shí)驗(yàn)室的實(shí)踐操作和實(shí)習(xí)過(guò)程,學(xué)生對(duì)集群渲染系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)構(gòu)成有比較直觀的了解,能夠?qū)︿秩具^(guò)程有更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí),使得在以后的動(dòng)畫或三維設(shè)計(jì)中對(duì)某些后期制作過(guò)程中需要注意的地方有提前預(yù)見(jiàn)性的考慮,還能夠?qū)φ麄€(gè)動(dòng)畫或三維作品的生產(chǎn)流程有了全局的把握,使學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐操作能力得到進(jìn)一步加強(qiáng)。

3.2 對(duì)學(xué)科發(fā)展的支撐作用

集群渲染技術(shù)的應(yīng)用,使得動(dòng)畫、影視制作、產(chǎn)品設(shè)計(jì)和建筑設(shè)計(jì)等制作進(jìn)程進(jìn)一步加快,制作能力進(jìn)一步增強(qiáng),能夠制作出更精細(xì)、大型、復(fù)雜和動(dòng)態(tài)的效果,能夠有效地促進(jìn)學(xué)科的健康發(fā)展,同樣,有了該平臺(tái)的支撐,還可以促進(jìn)新專業(yè)的建設(shè),帶動(dòng)學(xué)科的延伸。教師對(duì)該平臺(tái)的掌握和運(yùn)用,可以提升其在科研、教學(xué)中對(duì)動(dòng)畫、三維制作過(guò)程的全盤把握和時(shí)間測(cè)算,可以滿足其對(duì)項(xiàng)目進(jìn)度中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的準(zhǔn)確掌握和計(jì)算。

3.3 服務(wù)區(qū)域經(jīng)濟(jì)、創(chuàng)意文化產(chǎn)業(yè)發(fā)展

目前,集群渲染作為高端系統(tǒng)設(shè)備,前期投資較大,很多中小級(jí)制作企業(yè)還不能普及。我院利用自身美術(shù)院校學(xué)科優(yōu)勢(shì),擁有良好的師資力量、先進(jìn)的大型設(shè)備、濃郁的歷史積淀、較大的社會(huì)影響力,通過(guò)建設(shè)集群渲染實(shí)驗(yàn)室,建立產(chǎn)、學(xué)、研一體化科研創(chuàng)新平臺(tái),使學(xué)校的創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式與企業(yè)的高新技術(shù)人才需求緊密結(jié)合,形成無(wú)縫鏈接,促進(jìn)學(xué)校與企業(yè)之間的進(jìn)一步合作,著力打造共贏局面。為區(qū)域經(jīng)濟(jì)、創(chuàng)意文化產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供創(chuàng)新型人才和產(chǎn)業(yè)的高端服務(wù)。

4 實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放運(yùn)行的具體要求

集群渲染實(shí)驗(yàn)室,作為稀缺資源,應(yīng)該著眼于學(xué)科發(fā)展、科研創(chuàng)作和社會(huì)服務(wù)方面盡量提高其設(shè)備利用率,逐步降低使用成本,不斷提升設(shè)備效能,還要著眼實(shí)際,充分照顧到我院動(dòng)漫專業(yè)和工業(yè)設(shè)計(jì)、環(huán)境設(shè)計(jì)、視覺(jué)設(shè)計(jì)等各專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求以及成果轉(zhuǎn)化需要,應(yīng)從實(shí)驗(yàn)室管理體制、人員配備、運(yùn)行維護(hù)機(jī)制和保障措施等方面給予明確。

針對(duì)渲染實(shí)驗(yàn)室的特殊性,其對(duì)專業(yè)技術(shù)人員的要求比較高,既有計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)方面的專業(yè)知識(shí),又熟練掌握各種三維動(dòng)畫軟件的專業(yè)知識(shí),對(duì)渲染環(huán)境的搭建、維護(hù)和渲染過(guò)程中的設(shè)置能夠熟練掌握,并能夠完成各種軟件升級(jí)帶來(lái)的軟硬件的兼容測(cè)試,還能及時(shí)解決出現(xiàn)的各種問(wèn)題。Enfuzion系統(tǒng)針對(duì)用戶提供了后期開(kāi)發(fā)的接口,專業(yè)技術(shù)人員可以在此基礎(chǔ)上根據(jù)自身的需要開(kāi)發(fā)相應(yīng)的管理軟件,解決各種實(shí)際需求。

另外,實(shí)驗(yàn)室應(yīng)能做到全天候開(kāi)放,專業(yè)技術(shù)人員應(yīng)該養(yǎng)成填寫設(shè)備使用記錄的習(xí)慣,將平常使用過(guò)程中所遇到的問(wèn)題和解決的方法實(shí)時(shí)記錄下來(lái),形成文字材料,最后作為設(shè)備操作指導(dǎo)書和技術(shù)檔案留存,供后期查閱。

5 結(jié)束語(yǔ)

該實(shí)驗(yàn)室的建立將提高我院在動(dòng)漫、影視制作、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、環(huán)境設(shè)計(jì)、建設(shè)設(shè)計(jì)、廣告等多領(lǐng)域的科研與創(chuàng)作能力,培養(yǎng)學(xué)生成為理論素養(yǎng)高,動(dòng)手實(shí)踐能力強(qiáng)的創(chuàng)新型人才,提高我院為天津市以及濱海新區(qū)建設(shè)的服務(wù)能力,為區(qū)域經(jīng)濟(jì)、創(chuàng)意文化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)更大的力量。

[1] 文化產(chǎn)業(yè)振興規(guī)劃[EB/OL].http://news.xinhuanet.com/ politics/2009-09/26/content_12114302.htm

[2] 天津市政府.天津市人民政府關(guān)于印發(fā)天津市文化產(chǎn)業(yè)振興規(guī)劃和第一批文化產(chǎn)業(yè)振興重點(diǎn)工作計(jì)劃的通知[Z].天津：津政發(fā)[2010]1號(hào)

[3] Enfuzion 9.0 user manual[R].Axceleon Inc, January, 2006

Construction of the network cluster rendering laboratory

Cao Yongzheng
Tianjin academy of f ne arts, Tianjin, 300141, China

2010-12-13

曹永正，本科，實(shí)驗(yàn)師。