Muster“集群渲染”系统在动漫设计中的实践性研究

吴星辉

【摘要】随着数码技术的高速发展,越来越多的令人震撼的3D动画作品出现在大型的电影、卡通、电视和广告媒体中,不断地冲击着人的视线。动画渲染耗费大量时间己经成为影响动画制作效率的一个重要因素。因此将集群技术引入动画制作领域构建集群渲染系统,成为了解决动画制作瓶颈、提高渲染工作效率的必要手段。

【关键词】Muster;集群渲染;动漫;效率

随着数码技术的高速发展,越来越多的令人震撼的3D动画作品出现在大型的电影、卡通、电视和广告媒体中,不断地冲击着人的视线。人们对视觉欣赏的要求越来越高,为了使动画作品更加完美逼真,往往需要更精细的艺术造型创作、更方便的制作软件、更快捷的计算速度、更有效的设备。

数字媒体内容创作产业的兴起,促进了3D动画产业基地迅速发展。现在国内外出现了很多基于RenderMan、mentalray等集群渲染系统。如Pixar公司开发的Alfred网络集群渲染管理系统,配合相应插件,能够对主流3D动画软件使用多种渲染器进行智能化的网络集群渲染。中央电视台使用了一套由100台HP主机组成的并行集群渲染系统,它使用 TurboLinux操作系统,采用 PlatformLSFS和EnFuzion集群管理软件进行任务的管理和调度。湖南国家数字媒体技术产业化基地三维集群渲染系统拥有100个CPU,采用Deadline渲染管理软件和mentalray渲染软件,支持3dsMax、Maya等制作软件。常州国家动画产业基地二期三维动画制作软件和集群渲染系统主要使用Maya和 3dsMax,以及Muster搭建而成。此集群渲染系统使用Muster软件管理渲染分发任务,可以精确控制到每个CPU的工作,可以渲染运行的中途添加和减少参与运算的CPU数量。

在动画制作过程中,完成动画建模和动画设定完成以后,需要对所有的场景进行渲染(render),以得到高质量的画面。然而,对复杂的场景和特效进行渲染着色,是一个及其耗时的过程。一个大型的动画项目,渲染工作计算量非常之大,过去一般都采用专门的图形工作站来完成。单一的工作站在将一个复杂的场景渲染成动画的时候,往往需要数天的时间,而在这渲染期间,动画师却不能继续他们的工作。使用工作站进行渲染的同时,也就意味着动画的制作必然伴随着高昂的成本。因此动画制作领域需要迫切解决的一个问题就是如何利用现有资源,提高动画制作的效率,降低动画制作的成本。

然总体而言,在高职3D动画专业教学的过程中,还存在着动画作品后期渲染的瓶颈问题,所采用的系统过于单一、简单、程式化。从而,导致资源、成本、时间的浪费,基本使用单机服务器,集群渲染往往是通过手工或简单的自动分配来完成某些特定的渲染工作的,从而限制了专业的发展模式,导致教学内容和教学方法的单一,使专业的“产、学、研”严重脱节。

Muster是一套为管理复杂多平台集群渲染系统而专门设计的应用程序。在数字内容创造产业中,那些完全或部分专门用于创建数字图像的一组计算机被称之为集群渲染系统。渲染是在3D动画和ZD合成中最典型的步骤,同时也是典型的计算密集型任务—渲染一张图片往往需要几十分钟到几个小时的时间。在视频或者是动画制作中,加上几分钟的数字特效,即使使用多台计算机,整个渲染时间也将可能是数周甚至是数月。将某个任务的图像序列渲染任务分配给一组计算机以减少渲染时间并跟踪他们的状态和管理中间出现的错误是一件非常复杂的事情。

多数集群渲染系统目前可以很好的支持 3dsMax、Maya等软件设计模型的渲染工作。使用集群渲染能够大大节省渲染时间、减轻渲染劳动强度,同时能够为高效率地完成后续合成工作打下了坚实的基础。这在大型动画项目等多媒体制作领域作用尤为明显。集群渲染系统从硬件上看,包括渲染服务器集群、分发管理服务器、网络子系统、存储子系统等部分;从节点类型来看,包括计算节点、管理节点、存储节点等。①管理节点,管理节点主要完成两项工作,一是对渲染作业进行调度和管理,二是为计算节点提供基本的网络服务。一般集群渲染管理系统的管理端运行在该节点上。②计算节点是整个集群渲染系统的计算核心,它的功能就是执行计算。实际渲染任务就是在计算节点上完成的。通常集群渲染管理系统的渲染客户端运行在该类节点上。计算节点可以是多种平台、多种配置的机器。一般来说,为提高渲染效率,多处理器节点具有更快的渲染速度和更高的性价比。③存储节点存储节点主要是为计算节点和管理节点进行大量数据FO而设置的。集群渲染系统在运行过程中,需要频繁读取各种场景、贴图、材质等文件,同时还会生成大量的图片序列,因此,存储节点必须能够外挂大容量磁盘阵列以满足工作需要,负责整个集群渲染系统的数据共享、文件存储管理。集群渲染系统采用分布式渲染技术,系统将自动确定网络中可用的渲染节点和资源,并将任务按照需求分发到相应渲染节点。如果某一个渲染节点出现故障,管理服务器会自动将作业重新分发到渲染集群中的其他渲染节点,确保渲染作业如期完成。

Muster就是专门为解决这一问题而产生的。Muster是一套基于clien灯server模式的应用程序,它可以提供对多达数百台计算机组成的集群渲染系统的监视管理。Muster依赖于server/client构架,它包括一个集中化的、安装在基于Microsoft的计算机(NT/2000/XP)之上的服务器模块,和多个多平台的客户端模块。它有以下优势①易用性,软件的部署和使用十分方便。这也是很多用户都选择Muster的原因。②动态性Muster所管理的整个集群渲染系统是一个整体的系统。可以从集群渲染系统上连接或断开机器,不需要中断渲染程序。③跨平台性,Muster能够支持多种平台的渲染客户端。客户端可以安装在不同的平台上,支持WindowsNT/2000/X卫、 RedhatLinux、 SGIIrix、 MacintoshOSX。但是这种跨平台渲染软件本身的支持,因而这种“跨平台”是有条件的跨平台。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等多种渲染引擎。⑤单帧图像协同渲染Muster4.0可以使用某些引擎的区域渲染功能,通过多台机器共同对同一个动漫图像进行渲染.

Muster “集群渲染”系统在动漫设计实践中它有以下研究意义:

(1)Muster “集群渲染”系统为高职3D动画专业教学开拓了新领域

Muster“集群渲染”系统它可以提供对多达数百台计算机组成的集群渲染系统的监视管理。使得大规模的动画渲染任务变得容易管理。在数字内容创造产业中,那些完全或部分专门用于创建数字图像的一组计算机称之为集群渲染系统。渲染是在3D动画和2D合成中最典型的步骤,同时也是典型的计算密集型任务——-渲染一张图片往往需要几十分钟到几个小时的时间。在视频或者是动画制作中,加上几分钟的数字特效,即使使用多台计算机,整个渲染时间也将可能是数周甚至是数月,Muster就是专门为解决这一问题而产生的。Muster“集群渲染”系统使用简单、功能丰富、有较好的稳定性和灵活性。同时,也为高职院校3D动画专业教学带来了新的发展方向,使得渲染一张图片和视频由原来数周甚至是数月的时间缩短到几分钟、几小时结束变得可能。因此,对Muster “集群渲染”系统的研究具有极高的学术价值。